Pompe à chaleur géothermique à faire soi-même pour chauffer une maison : appareil, conception, auto-assemblage

Vous pouvez organiser le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude d'une maison privée de différentes manières, par exemple en vous connectant aux communications centrales d'alimentation en gaz ou en commutant les systèmes de chauffage sur la consommation électrique. Êtes-vous d'accord?

Ou vous pouvez assembler une pompe à chaleur géothermique de vos propres mains et utiliser efficacement la chaleur de la terre pour créer des conditions de vie confortables. Bien sûr, il s'agit d'un processus assez laborieux, mais pour ceux qui connaissent au moins un peu la technologie, ce ne sera pas difficile.

Dans notre article, nous parlerons 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 de récupération. De plus, dans l'article, vous trouverez des conseils d'experts sur le choix des géoagrégats. Et les vidéos publiées dévoileront les secrets d'installation et les principes de fonctionnement des pompes géothermiques.

Comment fonctionne une unité géothermique ?

L'algorithme de fonctionnement d'une pompe à chaleur géothermique est basé sur le transfert de chaleur d'une source à faible potentiel énergétique thermique vers le liquide de refroidissement. La terre joue ici le rôle de radiateur en été et est une source active de chaleur en hiver.

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

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique repose sur un phénomène appelé inertie thermique. La température de la terre à une profondeur de 6 mètres et moins correspond presque exactement à la température annuelle moyenne de l'air dans la région et varie très peu tout au long de l'année civile.

En pratique, le liquide de refroidissement actuel pénètre dans une canalisation située dans le sol et y est chauffé de plusieurs degrés. Ensuite, la composition entre dans une unité d'échange de chaleur (ou évaporateur) et transfère l'énergie thermique accumulée vers le circuit interne du système.

Le principe de fonctionnement des installations géothermiques est similaire au fonctionnement des systèmes de réfrigération. C'est pourquoi certains types de pompes à chaleur sont utilisés avec succès comme climatiseurs en été et, avec leur aide, refroidissent l'air des locaux résidentiels.

Le fluide frigorigène fonctionnant dans le circuit externe est chauffé dans l'évaporateur, transformé en gaz et envoyé au compresseur. Là, il se contracte sous l'influence d'une haute pression et devient encore plus chaud.

Le gaz chaud passe dans le dispositif de condensation et transfère l'énergie thermique au liquide de refroidissement de travail du système interne chargé de chauffer la maison. A la fin du processus, le réfrigérant, ayant perdu sa chaleur, revient à son point de départ à l'état liquide.

Quels sont les types d’installations géothermiques ?

Les pompes à chaleur géothermiques diffèrent les unes des autres par le type de liquide de refroidissement sur les contours internes et externes de la structure. L'énergie de l'appareil provient du sol, de l'eau (eaux souterraines ou réservoir naturel ouvert) ou de l'air.

A l'intérieur des locaux d'habitation, la ressource thermique est utilisée pour chauffer les pièces, chauffer l'eau et la climatisation.Selon la combinaison d'éléments et de fonctions utilisées, les systèmes sont classés en types : « terre-eau », « eau-eau » et « air-eau ».

Option 1. Assemblage utilisant la technologie terre-eau

Une pompe terre-eau est l'une des options de chauffage alternatives les plus efficaces pour les locaux résidentiels. Le principe de son fonctionnement se résume à la sélection de l'énergie thermique du sol à l'aide de sondes ou de capteurs et à son transfert vers le système de chauffage de l'eau domestique.

Les pompes à chaleur géothermiques sol-eau sont des appareils de haute technologie. Ils sont exceptionnellement fiables et démontrent un haut niveau d’efficacité. Ils ne nécessitent pas une intervention constante des propriétaires dans leur travail, mais nécessitent un service professionnel

Une installation spéciale permet de mettre en œuvre la technologie, composée d'un échangeur de chaleur géothermique situé sous la profondeur de gel réelle du sol, et directement d'une pompe à chaleur qui fonctionne comme un réfrigérateur, uniquement en sens inverse (cycle de Carnot inversé).

Comment fonctionne l'appareil

L’installation « eau souterraine », qui chauffe les locaux d’habitation grâce à la chaleur renouvelable produite par le sol, fonctionne selon l’algorithme suivant :

1. Le fluide de travail (saumure ou antigel), circulant le long du circuit géothermique, prend la température du sol et est transféré via une pompe vers un échangeur de chaleur - évaporateur. Là, il cède la chaleur collectée au fréon et, devenu plus froid de 2 à 5°C, revient lui-même à son point de départ.
2. Le fréon enrichi en énergie thermique s'évapore et, ayant pris un état gazeux, pénètre dans le groupe compresseur. Là, la température du gaz augmente en raison des formes de compression et de condensation.
3. L'énergie thermique est transférée au liquide de refroidissement du système de chauffage domestique et le fréon reprend sa forme liquide. Sa pression chute après avoir traversé le détendeur du système et le réfrigérant retourne à l'évaporateur pour gagner une autre partie de la ressource.

Grâce à cette procédure, le volume d'énergie thermique extrait du sol et transféré au système de chauffage d'un immeuble résidentiel est plus de 4 fois supérieur à la quantité d'électricité dépensée pour assurer le bon fonctionnement du groupe compresseur, pompe de circulation et unité de commande.

Un mélange de glycol avec un bon indice de viscosité, de l'eau additionnée d'alcool ou une solution saline - ce sont les liquides antigel qui sont utilisés dans le système terre-eau. Ils sont respectueux de l'environnement, reçoivent efficacement la chaleur et la transportent jusqu'à la station de pompage

Un avantage supplémentaire est que le système a la capacité de fonctionner dans la direction opposée, 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 calorifique élevée de l'équipement.

Options pour placer des systèmes d'eau souterraine

Pour créer le contour externe du système terre-eau, des tuyaux en polymère à haute résistance avec de bonnes caractéristiques de performance sont utilisés. Ils sont placés horizontalement, posés au fond de la fosse d'une manière qui rappelle la disposition des communications des complexes « plancher chaud ».

La pompe à chaleur sol-eau est fiable, efficace et silencieuse, mais son installation coûte beaucoup d'argent et prend beaucoup de temps (au moins 1 mois pour les activités 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, une superficie de 25 à 50 mètres carrés est utilisée. m pour chaque kilowatt individuel de puissance de pompe installée. La profondeur de la fosse est choisie en dessous de la ligne de congélation, et les dimensions exactes et le pas de pose des tuyaux sont déterminés par des calculs supplémentaires.

Pour les propriétaires de grands terrains qui ont choisi une pompe à chaleur géothermique sol-eau pour chauffer leur logement, il est conseillé d'installer des capteurs horizontaux. Pour les propriétaires de petites parcelles, l'installation de sondes de profondeur est plus adaptée, car elles pénètrent loin dans le sol et ne « mangent » pas la surface utilisable à proximité de la maison

Les territoires où sont aménagées les communications des systèmes géotremals terre-eau ne sont plus utilisés pour les besoins agricoles. Ils peuvent être utilisés pour créer une belle pelouse ou un parterre de fleurs avec des annuelles à fleurs.

L'installation verticale est beaucoup plus problématique et nécessite l'utilisation de matériel professionnel. Sur le site, à l'aide d'un appareil de forage, un puits est foré à une profondeur de 20 à 150 m, une sonde géothermique spéciale y est descendue et connectée à une pompe qui alimente en fluide de travail le système de chauffage de la maison.

Une sonde verticale pour un système géothermique sol-eau se compose d'une tête avec des tuyaux connectés. Il est immergé 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 du pipeline sont calculés séparément pour chaque cas particulier, sur la base des informations obtenues à la suite de l'exploration géologique effectuée par des spécialistes du site.

Des tuyaux de sondage s'étendant des puits forés pénètrent dans le puits de collecte. De celle-ci à la pompe à chaleur partent 2 conduites principales (alimentation et retour de la ressource), équipées d'un revêtement isolant. Le diamètre de la conduite dépend du volume total du système et de la pièce à chauffer. Parfois, les paramètres atteignent 160 mm.

Selon des calculs approximatifs, chauffer un immeuble résidentiel d'une superficie d'environ 100 m2 nécessitera environ 7,5 kW/h d'énergie. Dans ce cas, les sondes verticales pour créer un système de chauffage terre-eau devront être enfoncées dans le sol à 110-115 mètres, ou 250 m2 de la zone adjacente devront être occupées pour les communications horizontales (+)

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 de pose du système de chauffage est reconnue comme la plus efficace. Il démontre un haut niveau d'efficacité et fonctionne de manière fiable pendant de nombreuses années sans pannes ni pannes.

Option 2. Caractéristiques des pompes à chaleur eau-eau

Un système géothermique eau-eau utilise l’énergie thermique d’une ressource en eau pour son fonctionnement. Ceci est possible car à de grandes profondeurs, la température de l'eau, ainsi que celle du sol, reste assez élevée et maintient des valeurs constantes et stables toute l'année.

Pour mettre en place un système eau-eau et obtenir une énergie thermique à faible potentiel, vous pouvez utiliser des réservoirs ouverts (lacs, rivières), des puits, des forages et même des eaux usées issues des cycles technologiques de production industrielle (alimentation en eau inversée).

Il n’existe pas de différence structurelle fondamentale entre les pompes à chaleur sol-eau et eau-eau. Mais les moindres coûts financiers et de main d'œuvre sont nécessaires pour un complexe construit sur un réservoir ouvert.Aucune activité de forage à grande échelle n’est requise pour l’installation.

Le matériau du tuyau contenant le liquide de refroidissement est simplement équipé d'un poids, immergé dans l'eau et connecté au système de chauffage domestique via des conduites de connexion.

Cependant, cette option n'est possible que si le terrain est étroitement 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 l'eau libre, le potentiel des eaux souterraines est utilisé.

Certes, cela implique de sérieux travaux d'excavation et la construction de structures complexes, par exemple un puits supplémentaire destiné à évacuer l'eau traversant l'unité d'échange thermique.

Lors de l’installation d’une pompe à chaleur eau-eau, non pas un, mais deux puits sont installés. L'eau de travail est acheminée par l'un et, après avoir traversé un échangeur de chaleur, est redirigée vers le second, qui est situé dans le sens de déplacement des écoulements souterrains. Lors du placement, il faut tenir compte du fait que le puits récepteur doit être situé à au moins 6 mètres du puits de sortie et doit être en aval.

Généralement installations eau-eau installé là où il n'est pas possible de connecter des communications centrales ou d'utiliser d'autres types de liquides de refroidissement.

Les experts affirment que ce type de chauffage alternatif est extrêmement efficace dans les bâtiments modernes où les pertes de chaleur sont minimes.

Lors de la fabrication et de l'installation de systèmes de chauffage géothermiques eau-eau de vos propres mains, il est très important d'utiliser des matériaux présentant un niveau élevé de résistance à la corrosion, au gel et à d'autres manifestations agressives de l'environnement extérieur. Ensuite, l'équipement durera longtemps et ne causera aucun problème au propriétaire

Si la maison est bien isolée, protégée des courants d'air, de l'humidité et de la pénétration de l'air glacial, ou construite à l'aide de technologies modernes d'isolation thermique, le coût du système de chauffage est considérablement réduit grâce à la possibilité d'acheter des équipements de pompage de puissance beaucoup plus faible.

Option n°3. Disposition des systèmes air-eau

La pompe à chaleur air-eau utilise la ressource énergétique naturelle la plus accessible, illimitée et renouvelable : l’air. L'équipement fonctionne grâce à des ventilateurs et des évaporateurs combinés en un seul complexe.

Il est plus efficace à des températures allant jusqu'à -15°C. Avec des performances plus agressives, il perd une partie importante de sa puissance.

Une pompe à chaleur air-eau coûte nettement moins cher que les modèles eau-eau et sol-eau. Le module convient aux régions aux hivers relativement chauds. Dans les régions froides du nord, où les gelées dépassent -20...25°C, l'installation d'équipements pneumatiques est considérée comme peu pratique.

L'unité est extrêmement pratique dans la mesure où elle ne nécessite pas que les propriétaires d'une maison privée disposent d'un équipement spécial pour l'installation et les travaux d'installation complexes.

Ne nécessite pas d'excavation de terrain, de forage de puits et d'autres activités à forte intensité de main-d'œuvre. Facile à installer et ne prend pas beaucoup de place. Il peut fonctionner correctement lorsqu’il est placé sur le toit d’un espace de vie.

Vous pouvez installer une pompe géothermique air-eau sur un site directement à côté de bâtiments résidentiels. Il fonctionne silencieusement et présente une apparence moderne et attrayante qui ne gâche pas le design général de la zone.

Les principaux avantages de l'équipement incluent un fonctionnement presque silencieux et la possibilité de réutiliser la chaleur dégagée par la pièce chauffée sous forme d'air évacué, d'eau, de gaz, de fumée, etc.

Les propriétaires effectuent eux-mêmes la maintenance du système :

• nettoyer les pales du ventilateur et des grilles de protection sur l'unité d'évaporation contre la poussière, les petits débris et les feuilles ;
• lubrifier le compresseur composition spéciale spécifiée dans les instructions du fabricant ;
• changer l'huile dans les groupes motopropulseurs (ventilateur, compresseur) avec une certaine fréquence ;
• vérifier l'intégrité du câble d'alimentation alimentation électrique et tuyauterie en cuivre à travers lesquelles le réfrigérant circule dans le système.

En plus de ces actions, les fabricants d'équipements de pompage conseillent fortement aux clients de surveiller l'état des capteurs thermiques qui reflètent le fonctionnement de l'unité de contrôle.

Ils doivent être essuyés en éliminant soigneusement les taches de poussière et d'huile de la surface. Cela prolongera la « vie » desystèmes air-air et rendra le processus opérationnel plus simple et plus confortable.

Comment fabriquer une unité de vos propres mains ?

Quelle que soit l'option de ressource (terre, eau ou air) choisie pour le chauffage, une pompe sera nécessaire au bon fonctionnement du système.

Ce dispositif est constitué des éléments suivants :

• groupe compresseur (élément intermédiaire du complexe) ;
• évaporateur, transférant une énergie à faible potentiel au liquide de refroidissement ;
• la soupape d'étranglement, à travers lequel le réfrigérant retourne à l'évaporateur ;
• condensateur, où le fréon libère de l'énergie thermique et est refroidi à sa température d'origine.

Vous pouvez acheter un système complet auprès du fabricant, mais cela coûtera un montant décent.Lorsqu'il n'y a pas d'argent gratuit à portée de main, cela vaut la peine de fabriquer une pompe à chaleur de vos propres mains à partir des pièces à votre disposition et, si nécessaire, d'acheter les pièces de rechange manquantes.

Lorsque vous envisagez d'installer un système de chauffage géothermique dans une maison privée, vous devez d'abord veiller à réduire le niveau de perte de chaleur. Pour ce faire, les murs doivent être isolés avec un matériau spécial, les portes et cadres de fenêtres doivent être équipés de coussinets en mousse et le sol et le plafond doivent être protégés par des panneaux de mousse. Ensuite, la quantité maximale de chaleur dégagée par la pompe restera à l'intérieur de la pièce.

Lorsque la décision de fabriquer votre propre pompe à chaleur est prise, vous devez impérativement vérifier l’état du câblage électrique et du compteur électrique de la maison.

Si ces éléments sont usés et vieux, il est nécessaire d'inspecter toutes les zones, d'identifier les éventuels défauts et de les éliminer avant de commencer les travaux. Ensuite, le système fonctionnera parfaitement immédiatement après le démarrage et ne dérangera pas les propriétaires avec des courts-circuits, des incendies dans le câblage ou des fiches cassées.

Méthode n°1. Assemblage depuis le réfrigérateur

Pour assembler la pompe à chaleur de vos propres mains, retirez le serpentin situé à l'arrière de l'ancien réfrigérateur. Cette pièce est utilisée comme condensateur et est placée dans un conteneur très durable et résistant aux températures agressives. Un compresseur fonctionnant correctement y est fixé et un simple baril en plastique est utilisé comme évaporateur.

Si un très vieux réfrigérateur est utilisé pour créer une pompe, il est préférable de remplacer le fréon qu'il contient par un nouveau. Vous ne pourrez pas le faire vous-même, vous devrez donc inviter un spécialiste doté d'un équipement spécial. Il remplacera rapidement le fluide de travail et le système fonctionnera dans le mode souhaité

Les éléments préparés sont connectés les uns aux autres, puis l'unité créée est connectée au système de chauffage via des tuyaux en polymère et le fonctionnement de l'équipement commence.

Les instructions étape par étape pour assembler une pompe à chaleur à partir d'un réfrigérateur sont décrites dans Cet article.

Méthode n°2. Pompe à chaleur du climatiseur

Afin de réaliser une pompe à chaleur, le climatiseur est modifié et certains composants principaux sont repensés. Tout d’abord, les unités extérieures et intérieures sont permutées.

L'évaporateur, responsable du transfert de chaleur de faible qualité, n'est pas installé en plus, car il est situé dans le bloc interne de l'unité, et le condenseur transmettant l'énergie thermique est situé dans le bloc externe. L'air et l'eau conviennent comme liquides de refroidissement.

Si cette option d'installation ne convient pas, le condenseur est installé dans un réservoir séparé conçu pour un échange thermique correct entre la ressource calorifique et le liquide de refroidissement.

Le système lui-même est équipé d'une vanne à quatre voies. Pour ce travail, un spécialiste possédant des compétences professionnelles et une expérience dans la conduite d'événements de ce type est généralement invité.

Les systèmes split modernes sont inefficaces à basse température, les professionnels ne recommandent donc pas de les utiliser pour fabriquer vous-même des pompes à chaleur

Dans la troisième option, le climatiseur est complètement démonté en ses composants, puis une pompe est assemblée à partir d'eux selon le schéma traditionnel généralement accepté : évaporateur, compresseur, condenseur. L'appareil fini est connecté à l'équipement chauffant la maison et commence à être utilisé.

Le site propose une série d'articles sur la fabrication de pompes à chaleur de vos propres mains, nous vous recommandons de lire :

1. Comment fabriquer une pompe à chaleur pour chauffer une maison de vos propres mains : principe de fonctionnement et schémas de montage
2. Comment réaliser une pompe à chaleur air-eau : schémas des appareils et auto-assemblage

Conseils pour choisir un système

L'installation d'équipements sol-eau est plus coûteuse que toutes les autres options, car elle nécessite une excavation profonde lorsque l'équipement est situé verticalement ou une grande zone libre lors de la pose de communications horizontales.

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

L'installation d'une pompe eau-eau présente également certaines limites. S'il y a un plan d'eau accessible à proximité, vous pouvez y placer le système. Le manque d’eau libre nécessitera le forage de puits et de puits de drainage, ce qui coûte également cher.

Une pompe air-eau ne pose aucun problème d'installation et peut fonctionner correctement même dans des immeubles d'habitation, mais lors des hivers rigoureux avec des températures basses, son efficacité diminue et une source d'énergie parallèle est nécessaire pour la soutenir.

Cependant, disposition du chauffage géothermique En conséquence, il rembourse ses coûts et commence à produire une ressource gratuite, permettant aux propriétaires de vivre dans les conditions les plus pratiques, agréables et confortables, sans dépenser beaucoup d'argent en services publics.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

La vidéo montre clairement comment un système de chauffage basé sur un équipement de chauffage géothermique air-eau est installé dans une grande maison constituée d'un bloc de silicate de gaz. Certaines nuances intéressantes concernant l'installation des équipements sont révélées et les chiffres réels des factures de services publics pour le mois sont annoncés.

Comment fonctionne l’équipement terre-eau.Une description détaillée d'un spécialiste de l'installation de chaudières géothermiques, des recommandations et conseils utiles pour les artisans à domicile d'un professionnel dans son domaine.

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

Un mécanicien professionnel explique comment fabriquer une pompe à chaleur à la maison à l'aide d'un compresseur puissant et de pièces d'échange thermique tubulaires. Instructions détaillées en mode étape par étape.

Une pompe géothermique pour chauffer un ménage privé est un moyen efficace 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 territoriale du bien et des capacités financières des propriétaires.

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