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Voulez-vous économiser l'énergie et économiser de l'argent sur le chauffage et le refroidissement de votre maison? Eh bien, la réponse n’est pas juste sous votre nez, mais peut-être aussi sous vos pieds!
Au-dessous de la ligne de gelée, à quelques mètres du sol, il y a une température moyenne d’environ 55 ° F. La chaleur provient d’une couche de roche fondue très chaude, située dans la croûte terrestre, appelée magma. Le magma peut atteindre des températures de 2400 ° F et lorsque cette chaleur rayonne, en fonction de la latitude géographique, la température du sol peut varier entre 15 ° C et 25 ° C. Cela crée une belle source de chaleur fiable et durable qui peut être exploitée pour nos besoins de chauffage et de climatisation.
Cette température constante de la terre est utilisée dans une géothermie ou pompe à chaleur géothermique. Contrairement à une fournaise qui brûle du gaz naturel ou du mazout pour produire de la chaleur en hiver, la pompe à chaleur géothermique concentre la chaleur dans le sol, juste sous la surface. La géothermie peut non seulement être utilisée pour chauffer et refroidir notre maison, mais également chauffer notre eau domestique.
Comment fonctionne un système géothermique
Alors, comment se passe cette magie? Eh bien, c'est vraiment très simple. Le système géothermique est une pompe à chaleur utilisant la terre comme dissipateur de chaleur (été) ou comme source de chaleur (hiver).
Un système géothermique utilisera une série de canalisations (enfouies sous la ligne de gelée dans le sol) qui s'appelle une boucle. Les tuyaux dans la boucle sont généralement en plastique et remplis d’une solution d’eau et d’antigel. Une pompe fait circuler la solution d'eau vers la pompe à chaleur à l'intérieur de la maison. Là, un compresseur et un échangeur de chaleur utilisent l’eau nominale à 55 degrés pour chauffer ou refroidir la maison.
En hiver, l'air (par exemple, 10 degrés F) est plus froid que la température de la terre sous terre (par exemple, 55 degrés F). Le système géothermique fait circuler la solution d'eau à travers la boucle souterraine et absorbe la chaleur de la terre. L'eau nominale à 55 degrés est amenée à la pompe à chaleur ou à la fournaise pour être chauffée davantage au besoin, puis distribuée par des conduits dans toute la maison.
En été, l'air (par exemple, 90 degrés F) est plus chaud que les 55 degrés F sous terre. Ici, l'échangeur de chaleur géothermique absorbe la chaleur de la maison et le système fait circuler la solution d'eau dans la boucle souterraine pour la refroidir, en déversant la chaleur dans le sol. L'eau fraîche est ensuite utilisée par l'échangeur de chaleur et distribuée par des conduits dans toute la maison pour refroidir la maison.
Coûts et caractéristiques des systèmes géothermiques
- La géothermie est un système de pompe à chaleur géothermique très économe en énergie pour le chauffage et le refroidissement. Il permet de réaliser des économies d'énergie par rapport aux systèmes à air pulsé au gaz conventionnels et aux pompes à chaleur à air, compris entre 25 et 50%.
- La période de récupération est comprise entre 5 et 10 ans, mais elle est beaucoup plus courte si elle est comparée à une option de chauffage et de refroidissement par résistance entièrement électrique, où la géothermie peut utiliser jusqu’à 75% moins d’énergie électrique.
- À compter du 1er janvier 2017, la géothermie n'est admissible à un crédit d'impôt fédéral de 300 $ que si le système de pompe à chaleur est conforme aux normes SEER et COP du DOE Energy Star. Les crédits d’impôt antérieurs ont pris fin le 31 décembre 2016.
- La géothermie peut dans certains cas être installée sur un four existant avec un système de traitement d’air. Vous pouvez également trouver des pompes à chaleur géothermiques dotées de leur propre système de traitement d’air intégré. Si votre maison dispose de la chaleur d'une plinthe d'eau chaude, elle peut également être équipée d'un système géothermique.
Types de systèmes géothermiques
Les systèmes de pompes à chaleur géothermiques en boucle souterraine sont le plus souvent installés en tant que systèmes en boucle fermée. Cela signifie que le fluide dans la boucle est constamment recirculé. Les systèmes en boucle ouverte sont moins courants et utilisent un puits de surface, un lac, une rivière ou une autre eau de surface comme fluide pour l'échangeur de chaleur. L'eau est ensuite rejetée dans le sol ou dans le plan d'eau après utilisation.
Les systèmes en boucle fermée sont généralement installés en tant que systèmes en boucle horizontale, en boucle verticale ou en masse. Les systèmes de masse d'eau utilisent les masses d'eau de surface comme source de chaleur constante par opposition au sol. Passons en revue ces trois méthodes différentes.
Boucle horizontale: Les systèmes de boucle horizontale sont les plus économiques à installer mais l'un de leurs inconvénients est la quantité de terrain nécessaire pour installer les boucles de masse horizontales. Un système géothermique peut nécessiter 1 500 à 3 000 pieds linéaires de canalisations ou plus selon la taille de la maison et les charges. Si vous disposez des terrains nécessaires, la méthode résidentielle la plus courante consiste à installer deux tuyaux côte à côte dans une tranchée de cinq pieds de profondeur ou un tuyau dans une tranchée de six pieds de profondeur et l'autre dans une tranchée de quatre pieds de profondeur.
Une troisième méthode peut être utilisée lorsque le terrain requis pour les longs tuyaux n'est pas facilement disponible. Cette méthode consiste à enrouler ou à enrouler le tuyau dans des tranchées courtes et profondes. Ceci permet le contact superficiel requis avec le sol mais dans une longueur de tranchée moins horizontale.
Boucle verticale: Le système en boucle verticale est utilisé dans les situations où les terrains requis sont étroits ou les sols ne sont pas propices à la tranchée. Plus coûteux que le système horizontal à installer, le système vertical utilise une série de trous percés. Les trous ont un diamètre nominal de 4 pouces et sont espacés d'environ 20 pouces. Les profondeurs dépendent de la conception du système et des sols, mais peuvent aller de 100 à 400 pieds de profondeur. Les tuyaux sont acheminés vers le bas et soutiennent chaque trou foré et sont reliés par un tuyau collecteur tranché dans la partie supérieure qui relie le système à la pompe à chaleur dans la maison.
Plan d'eau: Une autre méthode moins courante de capturer la chaleur du sol consiste à utiliser un plan d'eau à proximité, comme un étang ou un lac. Avec cette méthode, le tuyau en plastique relie la pompe à chaleur au corps de l’eau et est placé dans des serpentins à une profondeur de 8 à 10 pieds sous la surface de l’eau. La masse d'eau doit être de taille suffisante pour supporter les charges thermiques géothermiques et avoir la profondeur appropriée. La coordination avec les agences locales et nationales ainsi que leur approbation sont souvent nécessaires.
Coûts d'un système géothermique
Le coût d'installation d'un système géothermique variera en fonction du type de système de boucle utilisé et de la taille du système géothermique lui-même. Les coûts pour un système géothermique à boucle souterraine horizontale sont d'environ 2 700, 00 $ par tonne en dollars 2017. Si vous optez pour un système à boucle verticale, le coût augmentera considérablement, car les coûts de forage pourraient atteindre 30 000 $ à 40 000 $, voire davantage, en fonction des sols, de l'accès au site et de la taille du système.
Dans la bonne application, la géothermie peut constituer une solution rentable et respectueuse de l’environnement pour le chauffage et la climatisation des maisons. Cela vaut le coup d'oeil, surtout quand la réponse est juste sous vos pieds.