Systèmes de chauffage géothermique pour une maison de campagne : fonctionnalités à faire soi-même

Nous savons que la géothermie est la chaleur de la Terre, et le concept « géothermie » est souvent associé aux volcans et aux geysers. En Russie, l'énergie géothermique est principalement utilisée à l'échelle industrielle ; par exemple, il existe des centrales électriques d'Extrême-Orient qui fonctionnent avec la chaleur de notre planète.

Beaucoup de gens sont convaincus que chauffer leur maison par géothermie de leurs propres mains relève de la science-fiction. N'est-ce pas? Mais ce n’est absolument pas vrai ! Avec le développement des technologies modernes, l’utilisation domestique de « l’énergie verte » est devenue tout à fait possible.

Nous parlerons des principes de fonctionnement du chauffage alternatif, de ses avantages et inconvénients, et le comparerons aux systèmes de chauffage traditionnels. Vous apprendrez également comment positionner l'échangeur de chaleur et comment installer un chauffage géothermique de vos propres mains.

Quelques faits historiques

Lorsque la crise pétrolière a éclaté dans les années 70 du siècle dernier, l’Occident a ressenti un besoin pressant de sources d'énergie alternatives. C’est à cette époque que commencent à apparaître les premiers systèmes de chauffage géothermique.

Aujourd'hui, ils sont répandus aux États-Unis, au Canada et dans les pays d'Europe occidentale.

Par exemple, en Suède, on utilise activement l’eau de la mer Baltique, dont la température est de +4°C. En Allemagne, l'introduction de systèmes de chauffage géothermiques est même sponsorisée au niveau de l'État.

Lorsque l’on évoque les sources d’énergie géothermique, on imagine toujours une vallée de geysers ou de volcans, mais les sources dont nous avons besoin sont bien plus proches. Et ils nous aideront à rester au chaud en hiver et au frais en été.

En Russie, il y a Pauzhetskaya, Verkhne-Mutnovskaya, Okeanskaya et d'autres centrales géothermiques. Mais il existe très peu de preuves de l’utilisation de l’énergie terrestre par notre secteur privé.

Avantages et inconvénients réels

Si le chauffage géothermique dans le secteur privé est relativement peu répandu en Russie, cela signifie-t-il que l'idée ne vaut pas le coût de sa mise en œuvre ? Peut-être que cela ne vaut pas la peine de s’intéresser à cette question ? Il s’est avéré que ce n’était pas le cas.

Utiliser un système de chauffage géothermique pour votre maison est une solution rentable.Et il y a plusieurs raisons à cela. Il s'agit notamment de l'installation rapide d'équipements capables de fonctionner longtemps sans aucune interruption.

Si vous utilisez de l'antigel de haute qualité plutôt que de l'eau dans le système de chauffage, il ne gèlera pas et son usure sera minime.

Nous énumérons d'autres avantages de ce type de chauffage.

• La procédure de combustion du carburant est exclue. Nous créons un système absolument ignifuge qui, lors de son fonctionnement, ne peut causer aucun dommage au logement. De plus, un certain nombre d'autres problèmes liés à la présence de carburant sont éliminés : il n'est désormais plus nécessaire de chercher un endroit pour le stocker, de s'occuper de sa préparation ou de sa livraison.
• Un avantage économique important. Pendant l'exploitation du système, aucun investissement supplémentaire ne sera requis. Le chauffage annuel est assuré par les forces de la nature, que nous n'achetons pas. Bien entendu, lors du fonctionnement d’une pompe à chaleur, de l’énergie électrique est consommée, mais la quantité d’énergie produite dépasse largement la quantité d’énergie consommée.
• Facteur environnemental. Le chauffage géothermique d'une maison de campagne privée est une solution respectueuse de l'environnement. L'absence de processus de combustion élimine le rejet de produits de combustion dans l'atmosphère. Si de nombreuses personnes en prennent conscience et qu'un tel système d'approvisionnement en chaleur se généralise, l'impact négatif de l'homme sur la nature diminuera plusieurs fois.
• Compacité du système. Vous n'êtes pas obligé d'aménager une chaufferie séparée dans votre maison. Il suffit d’avoir une pompe à chaleur, qui peut être placée par exemple au sous-sol.Le contour le plus volumineux du système sera situé sous terre ou sous l'eau ; vous ne le verrez pas à la surface de votre site.
• Multifonctionnalité. Le système peut fonctionner aussi bien pour le chauffage pendant la saison froide que pour le refroidissement pendant la chaleur estivale. Autrement dit, il remplacera non seulement votre chauffage, mais également votre climatiseur.
• Confort acoustique. La pompe à chaleur fonctionne presque silencieusement.

Choisir un système de chauffage géothermique est rentable, même si vous devrez dépenser de l'argent pour l'achat et l'installation des équipements.

À propos, comme inconvénient du système, ils mentionnent précisément les coûts qui devront être engagés pour installer le système et le préparer au fonctionnement. Vous devrez acheter la pompe elle-même et certains matériaux, et effectuer des travaux d'installation du collecteur externe et du circuit interne.

Ce n'est un secret pour personne que les ressources deviennent de plus en plus chères d'année en année, donc un système de chauffage autonome qui peut s'amortir en quelques années sera toujours économiquement avantageux pour son propriétaire.

Toutefois, ces coûts sont amortis dès les premières années d’exploitation. L'utilisation ultérieure d'un collecteur posé dans le sol ou immergé dans l'eau permet des économies importantes.

De plus, le processus d'installation lui-même n'est pas si compliqué qu'il nécessite de faire appel à des spécialistes tiers pour l'effectuer. Si vous ne faites pas de forage, vous pouvez faire tout le reste vous-même.

A noter que certains artisans, dans un souci d'économie, ont appris à collecter de l'énergie géothermique Pompe à chaleur DIY.

À propos des sources de chauffage géothermiques

Les sources d'énergie thermique terrestre suivantes peuvent être utilisées pour le chauffage géothermique :

• haute température;
• basse température.

Les sources à haute température comprennent, par exemple, les sources thermales. Ils peuvent être utilisés, mais leur portée est limitée par la localisation réelle de ces sources.

Alors qu'en Islande ce type d'énergie est activement utilisé, en Russie les eaux thermales sont situées loin des zones peuplées. Ils sont concentrés au maximum au Kamtchatka, où l'eau souterraine est utilisée comme liquide de refroidissement et alimente les systèmes d'eau chaude.

Pour utiliser efficacement l’énergie thermique de la Terre, vous n’avez pas besoin d’un volcan. Il suffit d’utiliser les ressources situées à seulement 200 mètres de la surface de la Terre.

Mais nous disposons de tous les prérequis nécessaires à l’utilisation de sources à basse température. Les masses d'air environnantes, la terre ou l'eau conviennent à cet effet.

Une pompe à chaleur est utilisée pour extraire l’énergie nécessaire. Avec son aide, la procédure est effectuée pour convertir la température ambiante en énergie thermique non seulement pour le chauffage, mais également pour l'approvisionnement en eau chaude d'un ménage privé.

Le principe de fonctionnement d'un tel chauffage

Si vous connaissez son fonctionnement climatiseur ou réfrigérateur, alors la similitude de ces processus avec le principe de fonctionnement du chauffage géothermique est évidente. La base du système est une pompe à chaleur connectée à deux circuits - externe et interne.

Pour organiser un système de chauffage traditionnel dans n'importe quelle maison, il est nécessaire d'installer des tuyaux pour transporter le liquide de refroidissement et des radiateurs, lorsqu'ils sont chauffés, la chaleur circulera dans les locaux. Dans notre cas, des tuyaux et des radiateurs sont également nécessaires. Ils forment le contour interne du système. Peut être ajouté au diagramme sol chaud.

Le contour externe semble beaucoup plus grand que le contour interne, bien que ses dimensions ne puissent être évaluées que lors de la planification et de l'installation. En fonctionnement, il est invisible car souterrain ou sous l’eau. À l’intérieur de ce circuit circule de l’eau claire ou de l’antigel à base d’éthylène glycol, ce qui est de loin préférable.

Le système de chauffage géothermique comprend deux circuits - interne et externe, ainsi que le cœur du système de chauffage - une pompe à chaleur qui, en comprimant le liquide de refroidissement, augmente sa température (+)

Ainsi, l’élément clé qui anime l’ensemble du système est la pompe à chaleur. Si votre maison dispose d'une machine à laver ordinaire, sachez : cette pompe occupera à peu près la même surface.

Pour fonctionner, il a besoin d'électricité, mais, en consommant seulement 1 kW, il produit 4 à 5 kW de chaleur. Et ce n'est pas un miracle, puisque la source d'énergie « supplémentaire » est connue : c'est l'environnement.

Deux types d'emplacements d'échangeurs de chaleur

Il existe deux options pour chauffer une maison privée en utilisant de l’énergie à basse température provenant d’éléments environnementaux. La base du système dans les trois cas est une pompe géothermique.

Le circuit interne reste inchangé quelle que soit la méthode de chauffage, et la principale différence réside dans l'emplacement du circuit externe.

Le chauffage géothermique est livré avec un échangeur thermique situé :

• verticalement — situés dans des puits qui pénètrent ou non dans l'aquifère ;
• horizontalement — les échangeurs de chaleur des systèmes sont placés dans une fosse ou un réservoir ouvert sous la forme d'une sorte de serpentin.

Chacun des types de chauffage répertoriés ici se caractérise par ses propres caractéristiques, inconvénients et avantages.

Si vous avez l'intention de créer un tel système de chauffage de vos propres mains, vous souhaiterez en savoir plus sur chaque type.

Option 1. Placement vertical du collecteur externe

Ce type de chauffage est basé sur un phénomène naturel intéressant : à une profondeur de 50 à 100 m ou plus de sa surface, la terre a la même température constante de 10 à 12°C toute l'année.

Pour pouvoir utiliser cette énergie terrestre, il faut forer des puits verticaux. La technologie est presque similaire à la préparation d’une source de prise d’eau.

Afin de préserver au maximum le paysage, plusieurs conduites peuvent être forées à partir du même point de départ, mais sous des angles différents.

Le circuit externe du système sera installé directement dans ces puits. Cela vous permettra d’évacuer efficacement sa chaleur de la terre. Bien sûr, cette méthode peut difficilement être qualifiée de simple et à petit budget.

Pour créer un système de chauffage géothermique vertical, vous devez utiliser un équipement de forage de puits ; sans utiliser d'appareil de forage, résoudre les problèmes de construction du système demandera beaucoup de main-d'œuvre (+)

Cela est pertinent dans le cas où le territoire adjacent à la maison a déjà été aménagé et qu'il n'est pas pratique de perturber son paysage. La profondeur de forage d'un puits peut atteindre de 50 à 200 mètres.

Les paramètres spécifiques du puits dépendent de la situation géologique du site et des paramètres de la future structure. La durée de vie de cette conception est d'environ 100 ans.

Pour installer une version verticale du système avec un échangeur de chaleur qui extrait l'énergie des eaux souterraines, vous devrez forer deux puits aquifères.

De l'une d'elles, appelée débit, l'eau est puisée à l'aide d'une pompe qui, après transfert de chaleur, est évacuée vers la seconde sortie de réception.

L’inconvénient d’un système géothermique à deux puits est qu’il n’est pas assez efficace pour chauffer une maison de campagne. La pompe de circulation gaspille trop d'énergie. Mais pour alimenter le circuit du plancher chauffant en liquide de refroidissement, l'énergie thermique qui en résulte est tout à fait suffisante

Option 2. Disposition horizontale du collecteur de terre

Pour poser le circuit extérieur de chauffage horizontal, vous devez savoir à quelle profondeur le sol gèle dans votre région.

Les tuyaux sont posés en dessous du niveau de congélation dans des tranchées préalablement préparées, couvrant un espace assez grand : pour chauffer une maison d'une superficie de 200 à 250 mètres carrés. m, vous devez utiliser environ 600 m². m échangeur de chaleur. Cela fait six cents mètres carrés.

L’inconvénient de cette conception est la grande surface qu’elle occupe. Si vous avez besoin d’une pelouse recouverte d’herbe et de fleurs sur votre propriété, c’est votre option. Il est préférable d'éloigner les tuyaux collecteurs des arbres fruitiers (+)

Il est clair que dans de telles conditions, le volume des travaux d'excavation sera important. De plus, vous devez tenir compte de l'emplacement des arbres et autres végétaux sur le chantier dans votre plan afin de ne pas les geler. Par exemple, les tuyaux collecteurs ne doivent pas être situés à moins d’un mètre et demi des arbres.

Cette méthode d'installation est généralement utilisée dans les cas où le site est simplement en cours d'aménagement pour la construction. Il est préférable d'effectuer simultanément tous les calculs et plans pour la construction d'un chalet, l'organisation de son chauffage et la planification du terrain.

Immersion d'un échangeur de chaleur horizontal dans un réservoir

Cette méthode nécessite un emplacement spécial du ménage - à une distance d'environ 100 m d'un réservoir suffisamment profond. De plus, le réservoir spécifié ne doit pas geler jusqu'au fond, là où se trouvera le contour externe du système. Et pour cela, la superficie du réservoir ne peut être inférieure à 200 mètres carrés. m.

Cette option pour placer un échangeur de chaleur est considérée comme la moins coûteuse, mais une telle disposition des ménages n'est toujours pas courante. De plus, des difficultés peuvent survenir si le réservoir est un domaine public.

L'avantage évident de cette méthode est l'absence de travaux d'excavation obligatoires à forte intensité de main-d'œuvre, même s'il faut encore bricoler l'emplacement sous-marin du collecteur. Et une autorisation spéciale sera également requise pour effectuer de tels travaux.

Toutefois, une installation géothermique utilisant l’énergie de l’eau reste la plus économique.

Faites-le vous-même : quoi et comment

Si vous envisagez d'installer vous-même un chauffage géothermique, il est préférable d'acheter le circuit externe tout fait. Bien entendu, nous n'envisageons que les moyens de positionner horizontalement l'échangeur de chaleur externe : sous la surface du sol ou sous l'eau.

Il est beaucoup plus difficile d'installer soi-même un collecteur de puits vertical si vous ne disposez pas du matériel et des compétences en forage.

Une pompe à chaleur n’est pas un très gros équipement. Il ne prendra pas beaucoup de place dans votre maison. Après tout, sa taille est comparable, par exemple, à une chaudière à combustible solide conventionnelle. Y connecter le circuit interne de votre maison n’est pas une tâche difficile.

En fait, tout se fait exactement de la même manière que lors de l'organisation et câblage de chauffage en utilisant des sources de chaleur traditionnelles. La principale difficulté réside dans la conception du circuit externe.

Cette disposition de la maison par rapport à l'étang est plus courante. L'essentiel est que le réservoir ne soit pas à plus de 100 mètres du chalet

La meilleure option serait d'utiliser un réservoir s'il se trouve à une distance ne dépassant pas 100 m, il faut que sa superficie dépasse 200 m². m, et la profondeur est de 3 m (paramètre de congélation moyen). Si ce plan d’eau ne vous appartient pas, alors obtenir l’autorisation de l’utiliser peut devenir un problème.

Si le réservoir est un étang situé sur votre propriété, les choses deviennent plus simples. L'eau de l'étang peut être temporairement pompée. Ensuite, les travaux sur son fond peuvent se faire facilement : vous devrez poser les tuyaux en spirale, en les fixant dans cette position.

Les travaux d'excavation ne seront nécessaires que pour creuser une tranchée, qui sera nécessaire pour raccorder le circuit extérieur à la pompe à chaleur.

Une fois tous les travaux terminés, l'étang peut être à nouveau rempli d'eau. Au cours des cent prochaines années, l'échangeur de chaleur externe devrait fonctionner correctement et ne pas causer de problèmes à son propriétaire.

Si vous disposez d'un terrain sur lequel il vous suffit de construire un logement et de cultiver un jardin, il est judicieux de prévoir un échangeur de chaleur horizontal de type sol.

Pour ce faire, vous devez effectuer un calcul préliminaire de la superficie du futur collecteur, sur la base des paramètres déjà indiqués ci-dessus : 250-300 m². m de collecteur pour 100 m². m de surface chauffée de la maison.

Si vous disposez d'un terrain sans construction ni végétation que vous souhaitez préserver, la terre peut simplement être enlevée lors de la construction d'un contour de sol horizontal extérieur : c'est plus facile que de creuser des tranchées.

Les tranchées dans lesquelles les conduites du circuit doivent être posées doivent être creusées en dessous du niveau de congélation du sol.

Mieux encore, il suffit d'enlever la terre jusqu'à la profondeur de son gel, de poser les tuyaux, puis de remettre la terre à sa place. Le travail est laborieux et complexe, mais avec beaucoup de désir et de détermination, vous pouvez le terminer.

Coûts et perspectives de retour sur investissement

Les coûts de l'équipement et de son installation lors de la construction d'un chauffage géothermique dépendent de la puissance de l'unité et du fabricant.

Chacun choisit un fabricant en fonction de ses propres considérations et informations sur la réputation et la fiabilité d'une marque particulière. Mais la puissance dépend de la superficie du local à desservir.

Cette figure résume les avantages de l’utilisation d’un système de chauffage géothermique. C'est précisément ce rapport entre l'énergie entrante et sortante qui permet au système d'abord de s'amortir rapidement, puis d'économiser l'argent de son propriétaire (+)

Si l’on prend en compte la puissance, le coût des pompes à chaleur varie dans les fourchettes suivantes :

• à 4-5 kW – 3 000 à 7 000 unités conventionnelles ;
• à 5-10 kW – 4 000 à 8 000 unités conventionnelles ;
• à 10-15 kW – 5 000 à 10 000 unités conventionnelles.

Si l'on ajoute à ce montant les coûts nécessaires à la réalisation des travaux d'installation (20-40%), alors nous obtiendrons un montant qui pour beaucoup semblera absolument irréaliste.

Mais tous ces coûts seront amortis dans un délai très raisonnable. À l’avenir, vous n’aurez à payer que des dépenses mineures pour l’électricité nécessaire au fonctionnement de la pompe. Et c'est tout !

En raison de l'efficacité insuffisante des systèmes géothermiques pour chauffer les bâtiments résidentiels, ils sont utilisés en complément des principaux réseaux de chaleur ou construits en complexe avec deux ou plusieurs échangeurs de chaleur.

Comme le montre la pratique, le chauffage géothermique est particulièrement bénéfique pour les maisons d'une superficie totale chauffée de 150 mètres carrés. m) D'ici cinq à huit ans, tous les coûts d'installation des systèmes de chauffage dans ces maisons sont entièrement récupérés.

Si le chauffage géothermique n'est pas particulièrement demandé par les propriétaires de maisons privées, alors l'efficacité des systèmes solaires a déjà été appréciée par les habitants des régions du sud. Technologie structures de chauffage solaire est assez simple, et son efficacité et sa praticité sont confirmées par de nombreuses années d'expérience dans son utilisation par les pays occidentaux et nos compatriotes.

Pour plus d’informations sur les sources d’énergie alternatives, voir Cet article.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

S’il vous est plus facile de percevoir les informations visuelles, alors cette vidéo vous permettra de voir de vos propres yeux exactement comment fonctionne un système géothermique, ainsi que d’en savoir plus sur qui profite de ce type de chauffage et pourquoi.

Nous vous invitons à regarder une courte vidéo dans laquelle le propriétaire d'un collecteur souterrain horizontal parlera de ses impressions sur son fonctionnement.De plus, en regardant cette vidéo, vous découvrirez les coûts permanents associés à l’exploitation d’un système de chauffage géothermique.

Chaque propriétaire d'une maison privée choisit lui-même d'acheter les services d'organismes d'approvisionnement en ressources ou de compter uniquement sur lui-même. Ce faisant, il est guidé par toute une liste de considérations.

L'objectif que nous nous sommes fixé n'est pas de vous pousser à une conclusion toute faite, mais de partager des informations sur les options permettant de résoudre le problème auquel vous êtes confronté.

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