La chaleur géothermique représente environ 2% du marché total du chauffage aux États-Unis, avec plus de 1,3 million de systèmes installés. Un système géothermique ne brûle pas de combustibles fossiles pour créer de la chaleur. Il transfère la chaleur. Et c'est son charme : transférer de la chaleur demande moins d'énergie que produire de la chaleur.
Comment fonctionnent les systèmes géothermiques
Pour exploiter la chaleur stockée dans la terre, un système géothermique capte et convertit cette chaleur pour une utilisation dans la maison. Les composants du système comprennent une boucle de tuyau, un liquide pour absorber et transférer la chaleur et une pompe à chaleur pour traiter la chaleur à utiliser. Pour capter la chaleur, le liquide circule dans un tuyau enterré dans le sol. En circulant, il absorbe la chaleur stockée par la terre, qui reste constante à 50 à 60 degrés Fahrenheit à 10 pieds sous le niveau du sol.
Le liquide chauffé entre dans une unité de pompe à chaleur. Dans cette unité, la chaleur du liquide canalisé est absorbée par un réfrigérant liquide scellé dans l'unité. Ce réfrigérant s'évapore et est comprimé, ce qui augmente sa température à environ 100 degrés Fahrenheit.
Désormais un gaz, le réfrigérant passe à travers un échangeur de chaleur où la chaleur est évacuée et pompée dans la maison. Une fois la chaleur évacuée, le réfrigérant se refroidit. Il revient à son état liquide et continue de circuler, absorbant et utilisant continuellement la chaleur transférée de la terre à travers le liquide canalisé.
Chauffage efficace et nécessitant peu d'entretien
Les pompes à chaleur géothermiques sont devenues très efficaces. Leur efficacité de chauffage est indiquée par le coefficient de performance, ou COP, le rapport de chaleur fournie par unité thermique britannique (Btu) d'entrée d'énergie.
Les pompes à chaleur homologuées Energy Star ont un COP de chauffage commençant à 2,8, ce qui signifie que pour chaque unité d'énergie utilisée pour alimenter le système, 2,8 unités de chaleur sont fournies.
Les systèmes géothermiques sont simples à entretenir. Une boucle correctement installée et enterrée peut durer près de 50 ans. La mécanique est installée à l'intérieur et ne nécessite généralement que des vérifications périodiques et des changements de filtre.
Systèmes en boucle fermée
Les systèmes de chauffage géothermique fonctionnent selon des configurations en boucle fermée ou en boucle ouverte. La détermination de la boucle à utiliser dépend de facteurs du site tels que la composition du sol, l'aménagement paysager et les services publics souterrains.
Une boucle fermée utilise la solution liquide dans une boucle de tuyauterie scellée installée horizontalement ou verticalement sous terre.
Les boucles horizontales sont utilisées lorsqu'il y a suffisamment de terrain utilisable disponible. Les tuyaux sont installés dans des tranchées creusées d'environ six pieds de profondeur et de 100 à 600 pieds de long, selon la taille du système.
Les boucles verticales sont le seul choix lorsque l'espace disponible est limité, si le propriétaire ne veut pas que le paysage soit perturbé, ou là où de nombreuses roches seraient rencontrées lors du creusement. Pour installer le tuyau, des trous de petit diamètre de 100 à 400 pieds de profondeur sont forés à l'aide d'un équipement de forage de puits. Les boucles verticales sont reliées à la maison par un tuyau souterrain horizontal. Lors du forage de boucles verticales, les codes de forage de puits s'appliquent.
Un système scellé peut également être placé au fond d'un étang s'il y a un étang disponible sur la propriété. Les boucles d'étang peuvent être l'option la plus économique car une grande partie des coûts d'excavation peut être éliminée.
Systèmes en boucle ouverte
Un système en boucle ouverte utilise la chaleur de l'eau de puits plutôt que la chaleur de la terre. L'eau souterraine, qui reste également à une température relativement constante toute l'année, est transportée dans l'unité de pompe à chaleur et la chaleur est extraite selon une méthode similaire au système en boucle fermée.
L'eau ne circule pas mais fait un seul passage et est éliminée. Il peut être rejeté dans un fossé, des tuiles de drainage ou un étang. Il pourrait également être retourné à la nappe phréatique par un puits de retour foré dans le sol. Cependant, avec les préoccupations concernant les aquifères en déclin et pollués, il est important de vérifier les conditions et les codes locaux avant de décider de ce type de système.
Coûts et remboursement
Les coûts initiaux d'installation et d'équipement des pompes à chaleur géothermiques varient en fonction de la maturité du marché local, du type et de la taille du système et du site. Il ne fait aucun doute que le système coûtera plus cher au départ qu'un four conventionnel à combustible fossile.
Si une maison n'a pas de conduits, un propriétaire peut avoir besoin d'ajouter cela dans le coût. Cependant, une petite maison qui utilise la chaleur des plinthes peut être en mesure de renoncer à l'installation de conduits.
Des estimations approximatives mettent un système géothermique au sol à 1 000 $ à 2 500 $ par tonne de capacité. Une tonne de capacité, selon le programme fédéral de gestion de l'énergie du ministère de l'Énergie, se traduit par 12 000 Btu par heure. Dans les climats de chauffage, on estime qu'une tonne de capacité est nécessaire pour chaque 550 pieds carrés.
Le coût attractif de la chaleur géothermique réside dans le retour sur investissement. Le système fournit plus d'énergie par unité consommée que les systèmes conventionnels, jusqu'à 400 % d'efficacité par rapport à 75 à 90 % d'efficacité pour les fours à combustibles fossiles.
Selon Jim Bose, directeur exécutif de l'Association internationale des pompes à chaleur géothermiques à l'Université d'État de l'Oklahoma à Stillwater, OK, une maison existante avec un ancien four pourrait s'attendre à une amélioration de l'efficacité d'environ 50 % en passant à la géothermie. Une nouvelle maison avec le meilleur four à combustible fossile s'attendrait à une amélioration de 30 pour cent.
Tirez le meilleur parti de votre système géothermique
Ne vous attendez pas à ce qu'un nouveau système résolve vos problèmes de chauffage à moins que vous ne réduisiez votre charge de chauffage. Colmatez toutes les fuites. Assurez-vous que le coupe-froid est en bon état et que le système de conduits ne fuit pas. Éliminez les courants d'air. Envisagez de faire évaluer la perte/le gain de chaleur/les fuites de la maison.
Trouvez une entreprise certifiée, avec des personnes formées spécifiquement à la technologie géothermique, et obtenez plus qu'une offre. Demandez des références et appelez ces propriétaires. Demandez à voir les installations que l'entreprise a terminées.
Discutez des avantages d'un système hybride. Une thermopompe géothermique peut être ajoutée à une fournaise à air pulsé existante et utiliser son ventilateur. Les pompes à chaleur à double source sont moins coûteuses à installer et plus efficaces que l'unité aérothermique seule. Renseignez-vous sur les ventilateurs à vitesse variable et les compresseurs à plusieurs vitesses sur le système pour améliorer le confort et l'efficacité.
Considérez la capacité du système à produire de l'eau chaude. Un dispositif appelé « désurchauffeur » peut compléter la production d'eau chaude sanitaire en utilisant l'excès de chaleur lorsque le système fonctionne. Pour ceux qui souhaitent que le système réponde à tous les besoins en eau chaude, il existe des systèmes à pleine demande qui utilisent une unité distincte pour l'utilisation de l'eau chaude domestique.