Pompes à chaleur pour le chauffage domestique: principe de

De quoi s'agit-il - d'une pompe à chaleur? Comment ça marche? Où ces appareils peuvent-ils extraire de la chaleur? Enfin, dans quelle mesure sont-ils rentables et pratiques par rapport aux autres sources d’énergie thermique? Voyons le comprendre.

C'est quoi

Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur est totalement identique au schéma de fonctionnement d'un réfrigérateur ordinaire.

• Le compresseur compresse le réfrigérant volatil. Cela produit une quantité importante de chaleur, qui est transmise à l'échangeur de chaleur. Cette chaleur peut être utilisée pour chauffer l'air soufflé à travers l'échangeur de chaleur par le ventilateur ou tout autre caloporteur.
• Le réfrigérant refroidi traverse le détendeur et augmente considérablement en volume.. En même temps, conformément aux lois de la physique, il est rapidement refroidi et, en passant à travers le deuxième échangeur de chaleur, prélève de la chaleur de son environnement.

Remarque: plus le degré de dilatation du réfrigérant est élevé, plus sa température finale est basse. En conséquence, dans certaines conditions, il est tout à fait capable d’extraire la chaleur d’un milieu refroidi bien en dessous du point de congélation de l’eau.

Si le réfrigérateur ne peut fonctionner que dans un sens - pour refroidir l’espace intérieur, toute pompe à chaleur servant à chauffer la maison peut inverser le sens de circulation du réfrigérant. Sur le plan pratique, cela signifie que le propriétaire d'un tel appareil dispose d'un climatiseur à part entière: en hiver, il chauffe la pièce, mais en été, il est utilisé pour refroidir le chalet à une température confortable.

Enfin, le chauffage par pompe à chaleur présente une autre fonctionnalité très intéressante. Étant donné que l'énergie électrique est uniquement utilisée pour le fonctionnement du compresseur et que l'environnement extérieur est utilisé comme source de chaleur, la pompe fournit entre 3 et 5 kilowatts d'énergie thermique pour chaque kilowatt d'énergie électrique consommée.

Sources de chaleur

Que peut être une source de chaleur basse teneur?

Au sol

Comme on le sait, en hiver, le sol gèle à une profondeur relativement insignifiante. À seulement un mètre en dessous du niveau de gel, la température du sol est stable et se situe entre 8 et 12 degrés à tout moment de l’année.

Les pompes à chaleur géothermiques utilisent la chaleur géothermique.

Il existe deux types d'échangeurs de chaleur:

1. Vertical est un long tuyau flexible immergé dans des puits verticaux d’une profondeur de 60 à 100 mètres.. Compte tenu du fait que le coût du forage d’un mètre courant d’un puits est de 2 000 à 3 000 roubles, l’installation d’échangeurs de chaleur coûte très cher; mais l'échangeur de chaleur vertical n'a pas lieu sur le site.

1. Horizontal, au contraire, reste dans une faible profondeur. Les tranchées situées en dessous peuvent être creusées de leurs propres mains, sans la technologie. en conséquence, l'installation sera beaucoup moins chère. Cependant, toute la surface du sol au-dessus du collecteur (environ trois fois la surface chauffée de la maison) sera impropre à la plantation: la plupart des plantes ne toléreront pas une surchauffe des racines en été.

Le coût estimé d'une pompe à chaleur géothermique d'une puissance calorifique de 20 KW est d'environ un demi-million de roubles. L’installation en fonction des conditions (nombre et profondeur des puits, présence ou non d’eaux souterraines, etc.) obligera l’acheteur à dépenser 100 000 € supplémentaires.

De l'eau

Si votre maison se trouve au bord d'un réservoir sans gel, vous avez de la chance: dans ce cas, le chauffage avec des pompes à chaleur peut être mis en œuvre avec des coûts d'installation minimes. L'échangeur de chaleur est chauffé par des poids et évacue la chaleur de l'eau.

Les pompes qui utilisent les eaux souterraines comme source de chaleur sont un peu plus compliquées. Dans ce cas, deux puits sont forés dans la région, l'un d'eux devient une source d'eau et le second est utilisé pour l'évacuer après avoir traversé l'échangeur de chaleur. Débit approximatif du puits, assurant le fonctionnement de l'appareil avec une capacité thermique de 16 KW - 0,8 m3 / heure.

L'air

Enfin, les pompes à chaleur les moins chères utilisent l’air ambiant comme source de chaleur. La simplicité de la conception les rend relativement peu coûteux; l'installation est également plus que simple.

En vente, vous pouvez trouver des appareils fonctionnant selon deux schémas.

1. Les pompes air-air ne sont utilisées que pour chauffer ou refroidir l'air intérieur.
2. Le système air-eau permet, en plus du chauffage, d’alimenter la maison en eau chaude.

A titre d'exemple, nous présentons les prix de détail actuels de plusieurs appareils fonctionnant selon le second schéma.

Et qu'en est-il des pompes air-air? Oh, ici la photo est beaucoup plus attrayante. La pompe à chaleur la plus simple de ce type - un climatiseur de fenêtre ordinaire - peut être achetée pour 4 000 ou 5 000 roubles; Un achat plus significatif - un système à deux convertisseurs - coûtera 20 000 à 40 000 $.

Pourquoi, à ce rapport de prix, les appareils qui extraient la chaleur de l’eau et des sols conservent-ils leur popularité? La réponse est simple: les pompes à air ne fonctionnent que lorsque la température extérieure est relativement élevée (jusqu'à -25 ° C); pendant ce temps, dans la plupart des régions du pays au plus fort des gelées d’hiver, le thermomètre baisse sensiblement.

En outre, plus la température de la rue est basse, moins le chauffage de la maison par une pompe à chaleur de ce type est avantageux. Le coefficient de performance (COP), c’est-à-dire le rapport entre la chaleur générée et le coût de l’électricité, existe. Ainsi, cette caractéristique de base des pompes à chaleur du très populaire Mitsubishi Zubadan est 4,0 à + 5 ° C et 2,0 à-25.

La conclusion est évidente. Le chauffage d'une maison de campagne avec une pompe à chaleur fonctionnant selon le système air-air n'est justifié que dans une zone à climat chaud. En Yakoutie ou dans le territoire de Khabarovsk, les appareils géothermiques devraient être privilégiés.

Rentabilité

Le chauffage des habitations privées avec convecteurs de chauffage électriques, ventilateurs chauffants et autres appareils de chauffage est le plus coûteux parmi tous les systèmes existants. Jugez par vous-même:

Toutefois, si vous utilisez pas le chauffage direct, mais une pompe à chaleur, le chauffage deviendra sensiblement meilleur marché. Combien - dépend du COP déjà mentionné. Pour la plupart des modèles d'appareils de types différents, ce paramètre est compris entre 3 et 4; les meilleurs échantillons ont un COP de 6.

Cela vaut la peine d’envisager quelques nuances supplémentaires.

• Comme nous l’avons déjà mentionné, l’efficacité énergétique des pompes à air diminue lorsque la température baisse, de sorte que, pour une estimation, il serait correct de prendre la valeur moyenne par saison (COP pour la température moyenne en hiver).
• Le COP dépend non seulement de la température d'une source de chaleur de qualité inférieure, mais également de la température de l'objet auquel cette chaleur est transférée. La pompe à chaleur est précisément le delta de température. Par exemple, une pompe géothermique, chauffant un sol chauffé jusqu’à + 30 ° C, sera beaucoup plus économique que de donner la même chaleur aux radiateurs avec une température de +60.

Conséquence pratique: si vous avez l'intention de connecter des thermopompes pour chauffer vos mains au circuit de chauffage avec des radiateurs, notez que le nombre de sections doit être augmenté et que la température du caloporteur doit être réduite à +40 - +45 C.

En tenant compte de toutes les nombreuses réservations, la valeur moyenne de la COP peut être considérée comme égale à 3,0. Dans ce cas, comme il est facile à calculer, le coût d’un kilowatt-heure de chaleur sera de 1,2 rouble, soit à peine plus cher que le gaz principal, le bois de chauffage et meilleur marché que toutes les autres sources de chaleur.

Lors du choix du chauffage, il convient de prendre en compte non seulement la situation actuelle, mais également les perspectives. Et ils le sont: grâce au développement émergent de l’énergie verte (utilisant des sources renouvelables), le coût de l’électricité augmentera beaucoup plus lentement que celui du gaz, du charbon et des produits pétroliers.

En particulier, la prévision de croissance des prix faite en 2010 laisse présager une augmentation du coût d'un mètre cube de gaz de 1000% d'ici 2032 et de seulement 130% de l'électricité.

De l'auteur

Le lecteur trouvera peut-être la propre expérience de l'auteur intéressante. Il utilise une paire de pompes air-air pour chauffer sa maison.

Donc, étant donné:

• Actions de lieu - Sébastopol, Crimée. La température moyenne en janvier est de +3. L’hiver a été exceptionnellement froid: pendant quelques jours, le gel a été maintenu à -20 degrés.
• La superficie du grenier chauffé est de 60 mètres carrés. Les pignons constituent un vitrage complet avec des fenêtres à double vitrage à une chambre et à économie d'énergie. L'isolation thermique des murs et du toit est de 5 centimètres de laine minérale et de mousse plastique.
• Cooper agit comme source de chaleur.&Hunter CH-S12 FTXN. Puissance thermique lors du chauffage - 4,12 kW, le COP est de 4,2, la limite inférieure déclarée de la température de travail est de -25 ° C; le coût au moment de l'achat est de 24 000 roubles.

Résultats:

• Tout au long de l’hiver, des degrés assez confortables ont été maintenus dans le grenier.
• La consommation approximative d'électricité pour le chauffage des combles était de 400 kWh. La consommation est facile à convertir en un équivalent en espèces basé sur les tarifs locaux.

Le seul problème révélé par le chauffage par pompe à chaleur à basse température est le gel de la glace dans le tube de drainage. Pour l'éliminer, il est prévu de simplement mettre une section de câble chauffant autorégulant dans le drain.

Conclusion

Vaut-il la peine d’investir dans un système de chauffage avec pompes à chaleur qui n’est pas encore utilisé? Du point de vue de l'auteur, oui. Il semble très attrayant même dans le contexte du gaz principal - uniquement parce qu'il est absolument sans danger et qu'il ne nécessite pas d'élimination des produits de combustion.

Cependant, laissez le lecteur faire son choix de manière indépendante. Comme toujours, des informations thématiques supplémentaires sont disponibles dans la vidéo ci-jointe. Des succès!