Le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur. Pompes à chaleur pour la maison : caractéristiques technologiques, champ d'application et coût de l'équipement Que sont les pompes à chaleur pour le chauffage

Une pompe à chaleur est un appareil universel qui combine fonctionnellement les caractéristiques d'un climatiseur, d'un chauffe-eau et d'une chaudière. Cet appareil n'utilise pas de carburant conventionnel, son fonctionnement nécessite des sources renouvelables de l'environnement - énergie de l'air, du sol, de l'eau.

Par conséquent, une pompe à chaleur est aujourd'hui l'unité la plus rentable, car son fonctionnement ne dépend pas du coût du carburant, et est également respectueuse de l'environnement, puisque la source de chaleur n'est pas l'électricité ou les produits de combustion, mais des sources de chaleur naturelles.

Pour mieux comprendre le fonctionnement d'une pompe à chaleur pour chauffer une habitation, il convient de rappeler le principe de fonctionnement d'un réfrigérateur. Ici, la substance active s'évapore, libérant du froid. Dans la pompe, au contraire, il se condense et produit de la chaleur.

Principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur

L'ensemble du processus du système est présenté sous la forme d'un cycle de Carnot - du nom de l'inventeur. Il peut être décrit comme suit. Le liquide de refroidissement traverse le circuit de travail - air, terre, eau et leurs combinaisons , d'où il est envoyé au 1er échangeur de chaleur - la chambre d'évaporation. Ici, il transfère la chaleur accumulée au réfrigérant circulant dans le circuit interne de la pompe.

Principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur pour chauffage domestique

Le réfrigérant liquide entre dans la chambre d'évaporation, où la basse pression et la température (5 0 C) le transforment à l'état gazeux. L'étape suivante est le transfert du gaz vers le compresseur et sa compression. En conséquence, la température du gaz augmente fortement, le gaz passe dans le condenseur, où il échange de la chaleur avec le système de chauffage. Le gaz refroidi se transforme en liquide et le cycle se répète.

Avantages et inconvénients des pompes à chaleur

Le fonctionnement des pompes à chaleur pour chauffer une maison peut être contrôlé à l'aide de thermostats spécialement installés. La pompe s'allume automatiquement lorsque la température du fluide descend en dessous d'une valeur définie et s'éteint si la température dépasse un point de consigne. Ainsi, l'appareil maintient une température constante dans la pièce - c'est l'un des avantages des appareils.

Les avantages de l'appareil sont son efficacité - la pompe consomme une petite quantité d'électricité et le respect de l'environnement, ou une sécurité absolue pour l'environnement. Principaux avantages de l'appareil :

• Fiabilité. La durée de vie dépasse 15 ans, toutes les parties du système ont une durée de vie élevée, les fluctuations d'énergie n'endommagent pas le système.
• Sécurité. Il n'y a pas de suie, d'échappement, de flamme nue, les fuites de gaz sont exclues.
• Confort. Le fonctionnement de la pompe est silencieux, la climatisation et un système automatique dont le fonctionnement dépend des conditions météorologiques contribuent à créer du confort et du confort dans la maison.
• La flexibilité. L'appareil présente un design moderne et élégant et peut être combiné avec n'importe quel système de chauffage domestique.
• Polyvalence. Utilisé dans la construction privée et civile. Parce qu'il a une large plage de puissance. De ce fait, il peut fournir de la chaleur à des pièces de toute taille, d'une petite maison à un chalet.

La structure complexe de la pompe détermine son principal inconvénient : le coût élevé de l'équipement et de son installation. Pour installer l'appareil, il est nécessaire d'effectuer des travaux d'excavation en gros volumes.

Pompes à chaleur - classification

Le fonctionnement d'une pompe à chaleur pour chauffer une maison est possible dans une large plage de températures - de -30 à +35 degrés Celsius. Les dispositifs les plus courants sont l'absorption (transfert de chaleur à travers sa source) et la compression (la circulation du fluide de travail se produit grâce à l'électricité). Les dispositifs d'absorption sont les plus économiques, mais ils sont plus chers et ont une conception complexe.

Classification des pompes par type de source de chaleur :

1. Géothermie. Ils enlèvent la chaleur de l'eau ou de la terre.
2. Aéroporté. Ils absorbent la chaleur de l'air atmosphérique.
3. Chaleur secondaire. Ils éliminent la chaleur dite industrielle, générée lors de la production, du chauffage et d'autres processus industriels.

Le liquide de refroidissement peut être :

• Eau provenant d'un réservoir artificiel ou naturel, eau souterraine.
• Amorçage.
• Masses d'air.
• Combinaisons des médias ci-dessus.

Pompe géothermique - principes de conception et de fonctionnement

Une pompe géothermique pour chauffer une maison utilise la chaleur du sol, qu'elle sélectionne grâce à des sondes verticales ou un collecteur horizontal. Les sondes sont placées à une profondeur allant jusqu'à 70 mètres, la sonde est située à une courte distance de la surface. Ce type d'appareil est le plus efficace car la source de chaleur a une température assez élevée et constante tout au long de l'année. Il faut donc dépenser moins d’énergie pour transporter la chaleur.

Un tel équipement nécessite des coûts d'installation élevés. Le coût du forage de puits est élevé. De plus, la superficie allouée au collecteur doit être plusieurs fois plus grande que la superficie de la maison ou du chalet chauffé. Important à retenir: le terrain où se trouve le collecteur ne peut pas être utilisé pour planter des légumes ou des arbres fruitiers - les racines des plantes seront surfondues.

Utiliser l'eau comme source de chaleur

Une masse d’eau est une source de grande quantité de chaleur. Pour la pompe, vous pouvez utiliser des réservoirs antigel à partir de 3 mètres de profondeur ou des eaux souterraines à un niveau élevé. Le système peut être mis en œuvre comme suit : le tuyau de l'échangeur de chaleur, lesté d'une charge à raison de 5 kg pour 1 mètre linéaire, est posé au fond du réservoir. La longueur du tuyau dépend de la superficie de la maison. Pour une pièce de 100 m². La longueur optimale du tuyau est de 300 mètres.

Dans le cas de l'utilisation des eaux souterraines, il est nécessaire de forer deux puits, situés l'un après l'autre en direction de la nappe phréatique. Une pompe est placée dans le premier puits, alimentant en eau l'échangeur de chaleur. L'eau refroidie s'écoule dans le deuxième puits. C'est ce qu'on appelle circuit ouvert de récupération de chaleur. Son principal inconvénient est que le niveau de la nappe phréatique est instable et peut varier considérablement.

L'air est la source de chaleur la plus accessible

Lorsque l’on utilise l’air comme source de chaleur, l’échangeur de chaleur est un radiateur soufflé de force par un ventilateur. Si une pompe à chaleur est utilisée pour chauffer une maison à l'aide d'un système air-eau, l'utilisateur bénéficie des avantages suivants :

• Possibilité de chauffer toute la maison. L'eau, agissant comme liquide de refroidissement, est distribuée via les appareils de chauffage.
• Avec des coûts énergétiques minimes, il est possible de fournir aux résidents un approvisionnement en eau chaude. Ceci est possible grâce à la présence d'un échangeur de chaleur supplémentaire à isolation thermique avec un réservoir de stockage.
• Des pompes d’un type similaire peuvent être utilisées pour chauffer l’eau des piscines.

Si la pompe fonctionne sur un système air-air, le liquide de refroidissement n'est pas utilisé pour chauffer la pièce. Le chauffage est réalisé grâce à l'énergie thermique reçue. Un exemple de mise en œuvre d'un tel schéma serait un climatiseur conventionnel réglé en mode chauffage. Aujourd'hui, tous les appareils utilisant l'air comme source de chaleur sont basés sur un onduleur. Dans ceux-ci, le courant alternatif est converti en courant continu, permettant un contrôle flexible du compresseur et de son fonctionnement sans arrêt. Et cela augmente la ressource de l'appareil.

Pompe à chaleur – un système de chauffage domestique alternatif

Les pompes à chaleur sont une alternative aux systèmes de chauffage modernes. Ils sont économiques, écologiques et sûrs à utiliser. Cependant, le coût élevé des travaux d'installation et des équipements ne permet pas aujourd'hui d'utiliser les appareils partout. Vous savez maintenant comment fonctionne une pompe à chaleur pour chauffer une maison, et après avoir calculé tous les avantages et les inconvénients, vous pouvez décider de l'installer ou non.

Ayant des réfrigérateurs et des climatiseurs dans leur maison, peu de gens savent que le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur y est mis en œuvre.

Environ 80 % de l’énergie produite par une pompe à chaleur provient de la chaleur ambiante sous forme de rayonnement solaire diffus. C'est cette pompe qui le « pompe » simplement de la rue vers la maison. Le fonctionnement d'une pompe à chaleur est similaire au principe de fonctionnement d'un réfrigérateur, mais le sens du transfert de chaleur est différent.

Tout simplement…

Pour refroidir une bouteille d’eau minérale, vous la placez au réfrigérateur. Le réfrigérateur doit « prélever » une partie de l'énergie thermique de la bouteille et, selon la loi de conservation de l'énergie, la déplacer quelque part et la restituer. Le réfrigérateur transfère la chaleur vers un radiateur, généralement situé sur la paroi arrière. Dans le même temps, le radiateur chauffe et libère sa chaleur dans la pièce. En fait, cela chauffe la pièce. Ceci est particulièrement visible dans les petites supérettes en été, lorsque plusieurs réfrigérateurs sont allumés dans la pièce.

Nous vous invitons à laisser libre cours à votre imagination. Supposons que nous mettions constamment des objets chauds dans le réfrigérateur et qu'en les refroidissant, cela réchaufferait l'air de la pièce. Allons aux « extrêmes »... Plaçons le réfrigérateur dans l'ouverture de la fenêtre avec la porte « congélateur » ouverte tournée vers l'extérieur. Le radiateur du réfrigérateur sera situé à l’intérieur. Pendant le fonctionnement, le réfrigérateur refroidira l'air extérieur, transférant la chaleur « captée » dans la pièce. C’est ainsi que fonctionne une pompe à chaleur : elle récupère la chaleur dispersée de l’environnement et la transfère dans la pièce.

Où la pompe obtient-elle la chaleur ?

Le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur repose sur « l’exploitation » de sources de chaleur naturelles à faible potentiel issues de l’environnement.

Ils peuvent être:

• juste l'air extérieur;
• chaleur des plans d'eau (lacs, mers, rivières) ;
• chaleur du sol, eaux souterraines (thermiques et artésiennes).

Comment fonctionnent une pompe à chaleur et le système de chauffage qui l'accompagne ?

La pompe à chaleur est intégrée au système de chauffage qui est composé de 2 circuits + un troisième circuit - le système de la pompe lui-même. Un liquide de refroidissement antigel circule le long du circuit externe, qui absorbe la chaleur de l'espace environnant.

En entrant dans la pompe à chaleur, ou plus précisément dans son évaporateur, le liquide de refroidissement libère en moyenne 4 à 7 °C au fluide frigorigène de la pompe à chaleur. Et son point d'ébullition est de -10 °C. En conséquence, le réfrigérant bout puis se transforme en état gazeux. Le liquide de refroidissement du circuit externe, déjà refroidi, passe au prochain « tour » du système pour régler la température.

Le circuit fonctionnel de la pompe à chaleur comprend :

• évaporateur;
• compresseur (électrique);
• capillaire;
• condensateur;
• réfrigérant;
• dispositif de contrôle thermostatique.

Le processus ressemble à ceci !

Le réfrigérant qui a « bouilli » dans l’évaporateur est acheminé par un pipeline vers un compresseur alimenté à l’électricité. Ce « travailleur acharné » comprime le réfrigérant gazeux à haute pression, ce qui entraîne par conséquent une augmentation de sa température.

Le gaz désormais chaud entre ensuite dans un autre échangeur de chaleur, appelé condenseur. Ici, la chaleur du réfrigérant est transférée à l'air ambiant ou au liquide de refroidissement, qui circule dans le circuit interne du système de chauffage.

Le réfrigérant refroidit tout en se transformant en liquide. Il passe ensuite par le réducteur de pression capillaire, où il « perd » de la pression et retourne à l’évaporateur.

Le cycle est fermé et prêt à se répéter !

Calcul approximatif de la puissance calorifique de l'installation

En une heure, jusqu'à 2,5 à 3 m 3 de liquide de refroidissement s'écoulent à travers le collecteur externe via la pompe, que la terre peut chauffer de ∆t = 5 à 7 °C.

Pour calculer la puissance thermique d'un tel circuit, utilisez la formule :

Q = (T_1 - T_2)*V_chaleur

V_heat - débit volumétrique de liquide de refroidissement par heure (m^3/heure) ;

T_1 - T_2 - différence de température entre l'entrée et l'entrée (°C).

Types de pompes à chaleur

Les pompes à chaleur sont classées selon le type de chaleur dissipée utilisée :

• eaux souterraines (utiliser des contours de terrain fermés ou des sondes géothermiques profondes et un système de chauffage de l'eau) ;
• eau-eau (ils utilisent des puits ouverts pour la prise et l'évacuation des eaux souterraines - le circuit externe n'est pas en boucle, le système de chauffage interne est à eau) ;
• eau-air (utilisation de circuits d'eau externes et d'un système de chauffage à air) ;
• (utilisation de la chaleur dissipée des masses d'air extérieures complétée par un système de chauffage de l'air de la maison).

Avantages et bénéfices des pompes à chaleur

Rentable. Le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur n'est pas basé sur la production, mais sur le transfert (transport) d'énergie thermique, on peut donc affirmer que son efficacité est supérieure à un. Quelle absurdité? - dites-vous. Le thème des pompes à chaleur comprend une valeur - le coefficient de conversion thermique (HCT). C'est par ce paramètre que les unités de types similaires sont comparées entre elles. Sa signification physique est de montrer le rapport entre la quantité de chaleur reçue et la quantité d'énergie dépensée pour cela. Par exemple, avec KPT = 4,8, le 1 kW d'électricité dépensé par la pompe nous permettra d'obtenir 4,8 kW de chaleur gratuitement, c'est-à-dire gratuitement de la nature.

Omniprésence universelle d'application. Même en l'absence de lignes électriques accessibles, le compresseur de la pompe à chaleur peut être alimenté par un moteur diesel. Et la chaleur « naturelle » est disponible aux quatre coins de la planète – la pompe à chaleur ne restera pas « affamée ».

Utilisation respectueuse de l'environnement. Il n'y a pas de produits de combustion dans la pompe à chaleur et sa faible consommation d'énergie « fait fonctionner » moins les centrales électriques, réduisant indirectement leurs émissions nocives. Le réfrigérant utilisé dans les pompes à chaleur est respectueux de la couche d'ozone et ne contient pas de chlorocarbures.

Mode de fonctionnement bidirectionnel. Une pompe à chaleur permet de chauffer une pièce en hiver et de la rafraîchir en été. La « chaleur » extraite de la pièce peut être utilisée efficacement, par exemple, pour chauffer l'eau d'une piscine ou d'un système d'eau chaude.

Sécurité opérationnelle. Dans le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur, vous ne considérerez pas les processus dangereux. L'absence de feu ouvert et d'émissions nocives dangereuses pour l'homme, ainsi que la basse température des liquides de refroidissement font de la pompe à chaleur un appareil électroménager « inoffensif » mais utile.

Quelques nuances de fonctionnement

L’utilisation efficace du principe de fonctionnement de la pompe à chaleur nécessite le respect de plusieurs conditions :

• la pièce chauffée doit être bien isolée (déperdition de chaleur jusqu'à 100 W/m2) - sinon, en prenant la chaleur de la rue, vous chaufferez la rue à vos frais ;
• Les pompes à chaleur sont avantageuses pour les systèmes de chauffage à basse température. Les systèmes de chauffage au sol (35-40 °C) sont idéaux pour ces critères. Le coefficient de conversion thermique dépend de manière significative du rapport de température des circuits d'entrée et de sortie.

Résumons ce qui a été dit !

L'essence du principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur ne réside pas dans la production, mais dans le transfert de chaleur. Cela permet d'obtenir un coefficient de conversion d'énergie thermique élevé (de 3 à 5). En termes simples, chaque kW d'électricité utilisé « transférera » 3 à 5 kW de chaleur dans la maison. Y a-t-il autre chose à dire ?

Pompe à chaleur (HP) est un appareil qui effectue le transfert, la transformation et la conversion de l'énergie thermique. Selon le principe de fonctionnement, il est similaire aux appareils et équipements bien connus, par exemple un réfrigérateur ou un climatiseur. Le fonctionnement de tout TN est basé sur le cycle de Carnot inversé, du nom du célèbre physicien et mathématicien français Sidi Carnot.

Principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur

Étudions plus en détail la physique des processus de fonctionnement de cet équipement. La pompe à chaleur se compose de quatre éléments principaux :

1. Compresseur
2. Échangeur de chaleur (condenseur)
3. Échangeur de chaleur (évaporateur)
4. Raccords de raccordement et éléments d'automatisation.

Compresseur nécessaire pour comprimer et déplacer le réfrigérant à travers le système. Lorsque le fréon est comprimé, sa température et sa pression augmentent fortement (la pression se développe jusqu'à 40 bars, la température jusqu'à 140 C), et sous forme de gaz à haut degré de compression ça va au condensateur(processus adiabatique, c'est-à-dire un processus dans lequel le système n'interagit pas avec l'espace extérieur), où il transfère de l'énergie au consommateur. Le consommateur peut être soit l'environnement immédiat à chauffer (par exemple l'air intérieur), soit le liquide de refroidissement (eau, antigel, etc.), qui distribue ensuite l'énergie à travers le système de chauffage (radiateurs, planchers chauffants, plinthes chauffantes, convecteurs). , ventilo-convecteurs, etc.). Dans ce cas, la température du gaz diminue naturellement et il change son état d'agrégation de gazeux à liquide (un processus isotherme, c'est-à-dire un processus se produisant à température constante).

Ensuite, le réfrigérant est à l’état liquide entre dans l'évaporateur, en passant par une vanne thermostatique (TRV), nécessaire pour réduire la pression et doser le débit de fréon dans l'échangeur de chaleur par évaporation. En raison d'une diminution de la pression lors du passage dans les canaux de l'évaporateur, une transition de phase se produit et l'état d'agrégation du réfrigérant passe à nouveau à un état gazeux. Dans ce cas, l'entropie du gaz diminue (en fonction des propriétés thermophysiques des fréons), ce qui entraîne une forte baisse de température, et la chaleur est « retirée » d'une source externe. La source externe peut être l'air de la rue, les entrailles de la terre, les rivières, les lacs. Ensuite, le fréon gazeux refroidi est renvoyé au compresseur et le cycle se répète.

En fait, il s'avère que le moteur thermique lui-même ne produit pas de chaleur, mais est un dispositif permettant de déplacer, de modifier et de modifier l'énergie de l'environnement vers la pièce. Cependant, ce processus nécessite de l'électricité, dont le principal consommateur est le groupe compresseur. Le rapport entre la puissance thermique reçue et la puissance électrique dépensée est appelé facteur de conversion (COR). Il varie en fonction du type de turbocompresseur, de son fabricant et d'autres facteurs et varie de 2 à 6.

Actuellement, divers types de fréons respectueux de la couche d'ozone (R410A, R407C) sont utilisés comme réfrigérant, ce qui cause des dommages minimes à l'environnement.

Les moteurs thermiques modernes utilisent des compresseurs de type scroll qui ne nécessitent aucun entretien, n'ont pratiquement aucune friction et peuvent fonctionner en continu pendant 30 à 40 ans. Cela garantit une longue durée de vie de l'ensemble de l'unité. Par exemple, une entreprise allemande Stiebel Eltron Il existe des HP qui fonctionnent sans réparations majeures depuis le début des années 70 du siècle dernier.

Types de pompes à chaleur

Selon les médias utilisés pour la sélection et la redistribution de l'énergie, ainsi que les caractéristiques de conception et les méthodes d'application, il existe quatre principaux types de HP :

Pompe à chaleur air-air

Ce type d'équipement utilise l'air de la rue comme source d'énergie à faible potentiel. Extérieurement, il ne diffère pas d'un système de climatisation split classique, mais il possède un certain nombre de caractéristiques fonctionnelles qui lui permettent de fonctionner à basse température (jusqu'à -30 C) et de « retirer » l'énergie de l'environnement. La maison est chauffée directement par l'air chaud chauffé dans le condenseur de la pompe à chaleur.

Avantages du HP air-air :

• Faible coût
• Temps d'installation court et facilité d'installation relative
• Aucune possibilité de fuite de liquide de refroidissement

Défauts:

• Performances stables jusqu'à -20 C
• La nécessité d'installer une unité intérieure dans chaque pièce ou d'organiser un système de conduits d'air pour fournir de l'air chauffé à toutes les pièces.
• Impossibilité d'obtenir de l'eau chaude (ECS)

En pratique, de tels systèmes sont utilisés pour les logements saisonniers et ne peuvent pas servir de source principale de chauffage.

Pompe à chaleur air-eau

Leur principe de fonctionnement est similaire à celui du type précédent, cependant, ils ne chauffent pas directement l'air à l'intérieur de la pièce, mais le liquide de refroidissement, qui à son tour sert à chauffer la maison et à préparer de l'eau chaude.

Avantages du TN « Air – Eau » :

• ne nécessite pas l’organisation d’un « contour extérieur » (perçage)
• fiabilité et durabilité
• indicateurs de haute efficacité (COP) en automne et au printemps

Inconvénients du TN :

• Réduction significative du COP à basse température (jusqu'à 1,2)
• La nécessité de dégivrer l'unité extérieure (mode inversé)
• Incapacité de fonctionner à des températures inférieures à -25 C - -30 C

Dans notre climat, de telles pompes ne peuvent toujours pas constituer la seule source de chauffage. Par conséquent, ils sont souvent installés (selon un schéma bivalent) en conjonction avec des équipements de chauffage supplémentaires (électrique, pellets, combustible solide, chaudière diesel, cheminée avec chemise d'eau). Ils conviennent également à la reconstruction et à l’automatisation d’anciennes chaufferies utilisant des combustibles traditionnels. Cela permet au système de fonctionner en mode automatique pendant la majeure partie de l'année (il n'est pas nécessaire de charger du combustible solide ou de faire le plein de diesel), en utilisant uniquement la puissance du HP.

Pompe à chaleur eau glycolée-eau

L'un des plus répandus en République de Biélorussie. D'après les statistiques de notre organisme, 90 % des thermopompes installées sont géothermiques. Dans ce cas, les entrailles de la terre servent de « contour extérieur ». De ce fait, ces pompes à chaleur présentent l'avantage le plus important par rapport aux autres types de pompes à chaleur : un indicateur d'efficacité de fonctionnement (COP) stable quelle que soit la période de l'année.

Selon la terminologie établie, le circuit extérieur est appelé géothermie.

Il existe deux grands types de circuit géothermique :

• Horizontal
• Verticale

Examinons chacun d'eux plus en détail.

Contour horizontal

Contour horizontal est un système de tuyaux en polyéthylène posés sous la couche supérieure du sol à une profondeur d'environ 1,5 à 2 m, en dessous du niveau de congélation. La température dans cette zone reste positive (de +3 à +15 C) tout au long de l'année civile, atteignant un maximum en octobre et un minimum en mai. La surface occupée par le collecteur dépend de la superficie du bâtiment, du degré de son isolation et de la taille du vitrage. Ainsi, par exemple, pour un immeuble résidentiel de deux étages d'une superficie de 200 m2, bénéficiant d'une bonne isolation répondant aux normes modernes, il faudra allouer environ quatre acres de terrain (400 m2) pour un champ géothermique. Bien entendu, pour une évaluation plus précise du diamètre des tuyaux utilisés et de la surface occupée, un calcul d'ingénierie thermique détaillé est nécessaire.

Voici à quoi ressemble l'installation d'un collecteur horizontal dans l'une de nos installations à Dzerjinsk (République de Biélorussie) :

Avantages d'un collecteur horizontal :

• Coût inférieur par rapport aux puits géothermiques
• Possibilité d'effectuer des travaux d'installation ainsi que la pose d'autres communications (adduction d'eau, assainissement)

Inconvénients d'un collecteur horizontal :

• Grande zone occupée (il est interdit d'ériger des structures permanentes, de poser de l'asphalte, de poser des dalles de pavage, il faut assurer un accès naturel à la lumière et aux précipitations)
• Manque de possibilité d'aménagement avec un aménagement paysager prêt à l'emploi du site
• Moins de stabilité par rapport à un collecteur vertical.

L'agencement de ce type de collecteur s'effectue généralement de deux manières. Dans le premier cas sur toute la zone de pose, retirez le dessus couche de sol de 1,5 à 2 m d'épaisseur, les canalisations de l'échangeur thermique sont en cours de pose avec un pas donné (de 0,6 à 1,5 m) et le remblayage est effectué. Pour effectuer de tels travaux, des équipements puissants conviennent, tels qu'un chargeur frontal, un bulldozer, des excavatrices avec une grande portée et un grand volume de godet.

Dans le deuxième cas la pose des boucles de contour du sol s'effectue étape par étape dans des conditions préparées tranchées, largeur de 0,6 m à 1 m. Les petites pelles et les chargeuses-pelleteuses conviennent à cet effet.

Contour vertical

Collecteur vertical représente puits avec des profondeurs de 50 à 200 m et plus encore, dans lesquels sont descendus des dispositifs spéciaux - sondes géothermiques. La température dans cette zone reste constante pendant de nombreuses années et décennies et augmente avec la profondeur. L'augmentation se produit en moyenne de 2 à 5 C tous les 100 m. Cette valeur caractéristique est appelée gradient de température.

Le processus d'installation d'un collecteur vertical dans notre installation du village de Kryzhovka, près de Minsk :

En étudiant les cartes de répartition de la température à différentes profondeurs sur le territoire de la République de Biélorussie et en particulier dans la ville de Minsk, on peut remarquer que la température varie d'une région à l'autre et peut différer considérablement selon le lieu. Ainsi, par exemple, à une profondeur de 100 m dans la région de Svetlogorsk, il peut atteindre +13 C, et dans certaines zones de la région de Vitebsk, à la même profondeur, il ne dépasse pas +8,5 C.

Bien entendu, lors du calcul de la profondeur de forage et de la conception de la taille, du diamètre et d’autres caractéristiques des sondes géothermiques, il est nécessaire de prendre en compte ce facteur. De plus, il faut tenir compte de la composition géologique des roches traversées. Ce n'est que sur la base de ces données que vous pourrez concevoir correctement un circuit géothermique.

Comme le montrent la pratique et les statistiques de notre organisation, 99% des problèmes lors du fonctionnement du HP sont liés au fonctionnement du circuit externe, et ce problème n'apparaît pas immédiatement après la mise en service de l'équipement. Et il y a une explication à cela, car si le géocontour est mal calculé (par exemple, sur le territoire de la région de Vitebsk, où, on s'en souvient, le gradient géothermique est l'un des plus faibles de la République), son travail initial est pas satisfaisant, mais avec le temps l'épaisseur de la terre « se refroidit ». L'équilibre thermodynamique est perturbé et les troubles commencent, et le problème ne peut survenir qu'au cours de la deuxième ou de la troisième saison de chauffage. Un contour surdimensionné semble moins problématique, mais le client est obligé de payer des mètres de forage inutiles en raison de l'incompétence de l'entrepreneur, ce qui entraîne inexorablement une augmentation du coût de l'ensemble du projet.

L'étude du sous-sol de la terre devrait être particulièrement critique lors de la construction de grandes installations commerciales, où le nombre de puits se compte par dizaines, et les fonds économisés (ou gaspillés) pour leur construction peuvent être très importants.

Pompe à chaleur eau-eau

Un type de source de chaleur géothermique peut être les eaux souterraines. Ils ont une température constante (à partir de +7 C) et sont présents en quantités importantes à différentes profondeurs sur le territoire de la République de Biélorussie. Selon la technologie, l'eau souterraine est extraite d'un puits par une pompe centrifuge et pénètre dans une station de transfert de chaleur et de masse, où elle transfère de l'énergie à l'antigel du circuit inférieur de la pompe à chaleur. L'efficacité de fonctionnement de ce système dépend du niveau de la nappe phréatique (en fonction de la profondeur de montée, une certaine puissance de pompe est requise) et de la distance entre le puits de captage et la station d'échange. Cette technologie possède l’une des valeurs COP les plus élevées, mais présente un certain nombre de caractéristiques qui limitent son utilisation.

Parmi eux:

• Manque d'eau souterraine, ou faible niveau de sa présence ;
• Manque de débit constant dans le puits, diminution des niveaux statiques et dynamiques ;
• La nécessité de prendre en compte la composition du sel et la contamination (si la qualité de l'eau n'est pas adéquate, l'échangeur de chaleur se bouche et les indicateurs de performance diminuent)
• La nécessité d'installer un puits de drainage pour évacuer des volumes importants d'eaux usées (à partir de 2200 l/h ou plus)

Comme le montre la pratique, l'installation de tels systèmes est conseillée s'il y a un étang ou une rivière à proximité immédiate. Les eaux usées peuvent également être utilisées à des fins économiques et industrielles, par exemple pour l'irrigation ou pour l'aménagement de réservoirs artificiels.

Quant à la qualité de l'eau de captage, par exemple, un fabricant allemand de systèmes de chauffage alternatifs Stiebel Eltron recommande les paramètres suivants : la proportion totale de fer et de magnésium ne dépasse pas 0,5 mg/l, la teneur en chlorure est inférieure à 300 mg/l, l'absence de substances précipitées. Si ces paramètres sont dépassés, il est nécessaire d'installer un système d'épuration supplémentaire - une station de préparation et de dessalage, ce qui augmente la consommation de matière du projet.

Travaux de perçage pour une pompe à chaleur.

Sur la base de notre expérience dans l'installation et l'exploitation d'unités géothermiques, nous recommandons de forer des puits d'au moins 100 m. La pratique montre que de meilleures performances et stabilité d'un moteur thermique seront observées, par exemple, pour deux puits de 150 m chacun que pour trois puits de 100 m chacun. Bien entendu, la construction de telles mines nécessite un équipement spécial et une méthode de forage rotatif. Les installations à tarière de petite taille ne sont pas en mesure de fournir la longueur de puits requise.

Étant donné que le circuit géothermique est l'élément le plus important et que l'exactitude de sa disposition est la clé du bon fonctionnement de l'ensemble du système, l'entrepreneur en forage doit répondre à un certain nombre de critères :

• Il est nécessaire d'avoir de l'expérience dans la réalisation de ce type de service ;
• disposer d'un outil spécial pour immerger les sondes ;
• fournir une garantie que la sonde sera immergée à la profondeur conçue et garantir son intégrité et son étanchéité pendant le processus de travail ;
• après immersion, effectuer des mesures de bouchage du puits pour augmenter son transfert thermique et sa productivité, calfeutrer le puits de la mine avant le remblayage.

En général, avec une conception appropriée et une installation qualifiée, les sondes géothermiques sont très fiables et peuvent durer jusqu'à 100 ans.

Le processus de descente d’une sonde géothermique dans un puits foré :

Sonde géothermique sur la charpente, avant d'effectuer un test d'étanchéité (« test de pression ») :

conclusions

Sur la base de notre expérience dans la conception de systèmes énergétiques alternatifs, nous pouvons souligner les principaux faits fondamentaux lorsque nos clients choisissent les pompes à chaleur :

• complet sécurité et respect de l'environnement(pas de processus de combustion ni de pièces mobiles)
• la possibilité de commander le système « aujourd’hui » et d’en profiter dans trois semaines sans aucune coordination avec les autorités de réglementation et d'octroi de licences.
• Autonomie totale et maintenance minimale(il n'est pas nécessaire d'être adhérent à une coopérative gazière, d'en dépendre ; il n'est pas nécessaire de jeter du bois de chauffage ou d'effectuer un nettoyage mensuel des conduits d'air, d'organiser l'accès d'un camion-citerne de fioul, etc.)
• Le coût d'un terrain pour la construction d'une maison individuelle sans alimentation en gaz est bien inférieur et le délai de livraison ne dépend pas des services de gaz
• Opportunité télécommande via Internet
• Un équipement avancé et innovant au design élégant, qu'il n'est pas dommage de montrer à des amis et à des connaissances, qui souligne certainement le statut de propriétaire.

Si nous n'avons abordé aucune question dans cet article et que vous souhaitez les poser personnellement, vous pouvez vous présenter à notre bureau à l'adresse : Minsk, st. Odoevsky, 117, Nova Gros LLC et consultez nos ingénieurs.

Nous avons également la possibilité d'organiser des visites gratuites d'installations en exploitation déjà achevées.

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Les premières versions de pompes à chaleur ne pouvaient satisfaire que partiellement les besoins en énergie thermique. Les variétés modernes sont plus efficaces et peuvent être utilisées pour les systèmes de chauffage. C'est pourquoi de nombreux propriétaires tentent d'installer une pompe à chaleur de leurs propres mains.

Nous vous expliquerons comment choisir la meilleure option pour une pompe à chaleur, en tenant compte des géodonnées de la zone où il est prévu de l'installer. L'article proposé à l'examen décrit en détail le principe de fonctionnement des systèmes « d'énergie verte » et énumère les différences. Avec nos conseils, vous choisirez sans aucun doute un type efficace.

Pour les artisans indépendants, nous présentons la technologie de montage d'une pompe à chaleur. Les informations présentées pour examen sont complétées par des diagrammes visuels, des sélections de photos et une instruction vidéo détaillée en deux parties.

Le terme pompe à chaleur désigne un ensemble d’équipements spécifiques. La fonction principale de cet équipement est de collecter l'énergie thermique et de la transporter jusqu'au consommateur. La source d'une telle énergie peut être n'importe quel corps ou environnement avec une température de +1º ou plus.

Il existe suffisamment de sources de chaleur à basse température dans notre environnement. Il s'agit de déchets industriels provenant d'entreprises, de centrales thermiques et nucléaires, d'eaux usées, etc. Pour faire fonctionner les pompes à chaleur pour le chauffage domestique, trois sources naturelles auto-régénérées sont nécessaires : l'air, l'eau et la terre.

Les pompes à chaleur « tirent » de l’énergie de processus qui se produisent régulièrement dans l’environnement. Le flux des processus ne s'arrête jamais, car les sources sont reconnues comme inépuisables selon les critères humains

Les trois fournisseurs d’énergie potentiels répertoriés sont directement liés à l’énergie du soleil qui, en chauffant, déplace l’air avec le vent et transfère l’énergie thermique à la terre. C'est le choix de la source qui constitue le principal critère selon lequel les systèmes de pompe à chaleur sont classés.

Le principe de fonctionnement des pompes à chaleur repose sur la capacité des corps ou des milieux à transférer de l'énergie thermique vers un autre corps ou environnement. Les récepteurs et les fournisseurs d’énergie dans les systèmes de pompes à chaleur travaillent généralement par paires.

On distingue les types de pompes à chaleur suivants :

• L'air est de l'eau.
• La Terre est de l'eau.
• L'eau est de l'air.
• L'eau est de l'eau.
• La Terre est de l'air.
• L'eau l'eau
• L'air est de l'air.

Dans ce cas, le premier mot détermine le type de milieu à partir duquel le système prélève de la chaleur à basse température. La seconde indique le type de support auquel cette énergie thermique est transférée. Ainsi, dans les pompes à chaleur, l’eau est de l’eau, la chaleur est extraite du milieu aquatique et le liquide est utilisé comme caloporteur.