Les pompes à chaleur sont de plus en plus populaires, mais lorsqu'il s'agit de choisir entre une pompe à chaleur géothermique et une pompe à chaleur à air, il y a beaucoup de confusion. Dans cet article, nous soulignerons les avantages d'opter pour une pompe à chaleur géothermique et nous répondrons à certaines des idées fausses les plus répandues.
L'éléphant dans la pièce
Avant d'examiner les avantages d'une pompe à chaleur géothermique, abordons d'abord l'éléphant dans la pièce : les dépenses d'investissement ou CAPEX.
Les pompes à chaleur géothermiques ont la réputation d'être beaucoup plus chères que leurs homologues à air (ASHP), car il faut non seulement investir dans la pompe à chaleur elle-même, mais aussi dans une source géothermique coûteuse. S'il est vrai que les pompes à chaleur géothermiques impliquent généralement des coûts initiaux plus élevés, en particulier pour les maisons individuelles, ce n'est pas toujours le cas.
- De plus en plus, dans les quartiers ou les centres-villes, des réglementations strictes en matière de bruit s'appliquent à certaines heures. Dans certains cas, le bruit d'un système ASHP peut nécessiter des mesures supplémentaires d'atténuation du bruit. Ces mesures peuvent être assez coûteuses, en particulier pour les grands projets, ce qui réduit la différence de coût d'investissement entre les deux systèmes.
- La plus grande partie de l'investissement est généralement constituée par le système géothermique. Pour les projets plus importants, ou pour le chauffage urbain de cinquième génération, ce système peut être centralisé, ce qui réduit le coût d'investissement pour chaque utilisateur individuel.
Cela dit, si une GSHP s'avère toujours plus chère qu'une ASHP dans votre situation particulière, le reste de cet article explique d'autres raisons pour lesquelles une solution géothermique peut encore être le meilleur choix.
Avantages d'une pompe à chaleur géothermique
Les avantages d'une pompe à chaleur géothermique peuvent être divisés en deux catégories : les raisons individuelles (pourquoi vous, en tant que propriétaire d'un bâtiment, choisiriez une pompe à chaleur géothermique) et les raisons collectives (pourquoi nous, en tant que société, devrions soutenir l'utilisation des pompes à chaleur géothermiques). Toutes les raisons sont énumérées ci-dessous, en commençant par les raisons individuelles. Les deux derniers points, qui concernent l'effet d'îlot de chaleur urbain et la question de la congestion du réseau, sont des raisons collectives.
Efficacité accrue
On entend souvent dire que les pompes à chaleur géothermiques ont un meilleur rendement que les pompes à chaleur atmosphériques et que leur coût d'exploitation est donc moins élevé. Ce raisonnement n'est pas tout à fait simple, c'est pourquoi nous examinerons l'argument de l'efficacité séparément de celui des coûts d'exploitation, qui est abordé ci-dessous.
L'efficacité d'une pompe à chaleur est déterminée par l'élévation de la température. Il s'agit de la différence de température entre la source de chaleur (le sol ou l'air) et la température d'alimentation requise, qui se situe généralement entre 35°C et 55°C. Plus cette différence est importante, plus l'efficacité est faible.
Comme la température du sol est généralement plus élevée que celle de l'air, une pompe à chaleur géothermique est effectivement plus efficace. Cette température plus élevée du sol s'explique par le fait que le sol, contrairement à l'air extérieur, n'est pas simplement utilisé comme source de chaleur, mais agit plutôt comme une batterie thermique. En stockant la chaleur dans le sol pendant les mois d'été grâce au refroidissement (comme nous le verrons plus loin), la température du sol augmente. Cette chaleur stockée peut ensuite être utilisée en hiver pour fournir un chauffage plus efficace.
L'efficacité supérieure des GSHP se reflète également dans le coefficient de performance saisonnier, ou SCOP, qui est officiellement fourni dans toutes les fiches techniques. Dans le passé, la différence d'efficacité était assez importante, bien qu'aujourd'hui l'écart se soit réduit. Cependant, une différence de performance subsiste car le transfert de chaleur d'un fluide au cycle de réfrigération à l'intérieur de la pompe à chaleur est plus facile qu'à partir de l'air. En outre, les pompes à chaleur de type ASHP nécessitent un cycle de dégivrage, ce qui a également un impact sur les performances, comme nous le verrons plus loin.
!Note
Il convient d'être prudent lorsque l'on compare les valeurs de SCOP pour différentes technologies. La condition par défaut de B0/W35, sous laquelle l'efficacité de la pompe à chaleur est généralement indiquée, sous-estime souvent les performances réelles. En effet, si le champ de forage est correctement dimensionné, la température moyenne du fluide sera généralement bien supérieure à 0°C.
Dans certaines zones, comme les villes ou les régions touchées par le changement climatique, l'affirmation selon laquelle le sol est en moyenne plus chaud que l'air ne se vérifie pas toujours. Dans la pratique, il est possible qu'une pompe à chaleur à usage domestique atteigne une température moyenne de SCOP supérieure à celle d'une pompe à chaleur à usage général. Toutefois, cela ne signifie pas nécessairement qu'elle est moins chère à exploiter.
Coût opérationnel
Aujourd'hui, de plus en plus de fournisseurs d'électricité abandonnent le prix fixe unique de l'électricité au profit de tarifs dynamiques, où le prix peut varier d'une heure à l'autre. Cette évolution est motivée par la part croissante des sources d'électricité intermittentes, telles que l'énergie solaire et l'énergie éolienne.
Les prix de l'électricité ont tendance à augmenter lorsque la demande est élevée et la production faible. C'est généralement le cas en hiver, lorsque l'ensoleillement est limité et que la vitesse du vent est faible. Dans ces conditions plus froides, une pompe à chaleur automatique consomme plus d'électricité qu'une pompe à chaleur générale, ce qui se traduit par des coûts d'électricité plus élevés.
Pendant les périodes les plus douces de l'année, comme le printemps et l'automne, lorsque la température de l'air est similaire à celle du sol, la différence d'efficacité entre les deux systèmes peut disparaître. Cependant, comme les prix de l'électricité ne sont pas critiques pendant ces périodes, cet aspect devient moins pertinent. Par conséquent, même si l'efficacité saisonnière semble être similaire, le coût d'exploitation d'une GSHP sera inférieur car son efficacité reste plus élevée pendant les périodes les plus critiques et les plus coûteuses.
Cycle de dégivrage
Les pompes à chaleur extraient l'énergie de l'air. Cependant, lorsqu'il fait très froid dehors, l'humidité de l'air peut geler sur l'échangeur de chaleur et le bloquer. Pour éviter cela, les pompes à chaleur sont dotées de ce que l'on appelle des cycles de dégivrage. Au cours de ces cycles, l'appareil inverse périodiquement son fonctionnement pour chauffer l'échangeur de chaleur et faire fondre ou évaporer l'humidité gelée.
Ce processus de dégivrage consomme de l'électricité et peut entraîner une baisse significative de l'efficacité saisonnière, en particulier dans les climats froids. En outre, pendant le cycle de dégivrage, la pompe à chaleur ne peut pas fournir de chaleur au bâtiment. Toute demande de chaleur pendant cette période doit donc être satisfaite par un réservoir tampon, un chauffage à résistance électrique ou une pompe à chaleur de secours dans le cas de systèmes plus importants.
Comme les GSHP fonctionnent avec un fluide dans leur circuit primaire, ce problème de dégivrage ne se pose pas.
!Note
Ce comportement ne s'applique pas aux refroidisseurs traditionnels et ne concerne que les pompes à chaleur. Les refroidisseurs ne libèrent de la chaleur que dans l'environnement, ce qui signifie que la température de l'échangeur de chaleur est toujours supérieure à la température de l'air, de sorte qu'il n'y a pas de congélation.
Refroidissement efficace
Nous avons déjà mentionné l'avantage de disposer d'un stockage saisonnier de l'énergie thermique lorsque l'on travaille avec une pompe à chaleur. Cela contribue également à améliorer les performances en matière de refroidissement.
Tout d'abord, les pompes à chaleur géothermiques offrent la possibilité d'utiliser le refroidissement passif. Dans ce mode, aucune compression n'est nécessaire et le fluide géothermique froid est utilisé directement pour refroidir le bâtiment. Il en résulte ce que l'on appelle souvent un refroidissement quasi gratuit. Dans les climats plus chauds, il est également possible de recourir au refroidissement actif. Dans ce cas, la pompe à chaleur utilise le compresseur pour extraire la chaleur du bâtiment, comme dans le cas d'une pompe à chaleur à accumulation.
La principale différence réside dans le fait qu'avec une GSHP, cette chaleur n'est pas libérée dans l'environnement, mais stockée dans le sol pour être utilisée en hiver. Cela permet d'obtenir un système global plus efficace. En outre, l'efficacité du refroidissement actif avec un système géothermique est généralement plus élevée qu'avec un système à air, car les températures du sol sont généralement inférieures à celles de l'air ambiant pendant la saison de refroidissement.
!Note
Dans la pratique, il est possible de combiner le refroidissement actif et le refroidissement passif en utilisant un système géothermique. Pour plus d'informations sur ce sujet, voir ici.
Durée de vie et entretien
Lorsque l'on calcule le coût total de possession (TCO) d'une pompe à chaleur à usage domestique (ASHP) et d'une pompe à chaleur à usage général (GSHP), il est important de tenir compte de la durée de vie prévue et des coûts d'entretien. Les systèmes ASHP ont généralement une durée de vie comprise entre 15 et 20 ans, tandis que les systèmes GSHP peuvent durer environ 25 ans.
La raison en est simple. Les ASHP sont installées à l'extérieur et sont donc exposées à diverses conditions météorologiques, telles que le vent, la neige, la pluie et la grêle, qui contribuent à leur usure. Le gel et le dégel répétés de l'humidité sur l'échangeur de chaleur accélèrent également la dégradation des matériaux, ce qui rend ce type de pompe à chaleur plus susceptible de présenter des fuites. En outre, lorsqu'une pompe à chaleur de type ASHP est installée près de la côte, il faut tenir compte de l'air agressif et corrosif contenant du sel de mer, qui peut réduire considérablement la durée de vie du système.
Si l'on tient compte de cette durée de vie plus courte, le coût initial potentiellement plus élevé d'une GSHP devient nettement moins élevé au fil du temps. De plus, la partie géothermique de l'investissement peut facilement durer jusqu'à 50 ans, à condition qu'elle soit correctement conçue (voir ci-dessous).
Esthétique et bruit
Comme les pompes à chaleur sont entièrement installées à l'intérieur, aucune unité n'est visible à l'extérieur du bâtiment. Bien que cela soit subjectif, il en résulte souvent un aspect plus noble. Outre l'avantage esthétique, les BPE sont également plus silencieuses que les systèmes à source d'air, car aucun ventilateur n'est nécessaire pour déplacer l'air sur l'échangeur de chaleur.
Au fil des ans, les pompes à chaleur sont devenues raisonnablement silencieuses, mais si vous vivez dans un quartier où il y en a beaucoup, le bruit peut encore être perceptible.
Effet d'îlot de chaleur urbain
Les raisons ci-dessus étaient individuelles : pourquoi devriez-vous, en tant que propriétaire d'un bâtiment, choisir une BGSH ? En plus de ces avantages personnels, il y a aussi des avantages collectifs, où le choix des BGSH est plus bénéfique pour la société dans son ensemble qu'une dépendance généralisée aux BPAH. La question de la congestion du réseau sera abordée plus loin, mais concentrons-nous d'abord sur l'effet d'îlot de chaleur urbain.
L'effet d'îlot de chaleur urbain, comme indiqué ci-dessus, est le phénomène par lequel les centres-villes et les quartiers densément construits connaissent des températures nettement plus élevées que les zones rurales, avec des différences allant jusqu'à 5 à 10 degrés Celsius en moyenne. Ce phénomène est principalement dû à des matériaux tels que le béton et les revêtements routiers, qui retiennent la chaleur et réchauffent progressivement l'environnement. Diverses sources de chaleur dans la ville, telles que les véhicules et les pompes à chaleur fonctionnant en été, contribuent également à ce problème.
Lorsque chaque propriétaire de maison individuelle installe un système ASHP, la température de l'air extérieur ne fait qu'augmenter, ce qui rend les étés encore plus chauds et oblige vos voisins à installer également un système de refroidissement, ce qui rend l'air extérieur encore plus chaud. De plus, comme il fait plus chaud à l'extérieur, plus de chaleur pénètre dans le bâtiment, ce qui oblige la pompe à chaleur à travailler plus dur et à rejeter plus de chaleur dans l'environnement. Il s'agit d'un cercle vicieux négatif.
Avec les pompes à chaleur géothermiques (collectives), cette chaleur n'est pas rejetée dans l'environnement, mais stockée dans le sol. Cela peut contribuer à équilibrer les variations de température de l'air extérieur, puisque de l'été à l'hiver, seule l'énergie du sol est utilisée, au lieu d'utiliser l'air de la ville comme décharge de chaleur ou de froid.
!Note
Dans les régions où la demande de refroidissement est importante, le fait de déverser toute la chaleur dans le sol peut poser des problèmes à long terme. Il est donc conseillé d'utiliser une forme de régénération pour refroidir le sol en hiver, afin qu'il puisse répondre à la demande de refroidissement plus importante en été. Cela souligne l'importance d'une conception correcte du champ de forage géothermique.
Congestion du réseau
Avec la poussée vers l'électrification de nos industries, de nos transports et de nos systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation, le réseau électrique est soumis à une pression considérable. Compte tenu de la nature intermittente de la production d'électricité solaire et éolienne, certaines régions peuvent être confrontées à des problèmes de congestion, lorsqu'il n'est plus possible de raccorder de nouveaux bâtiments au réseau électrique ou lorsque la puissance maximale autorisée est limitée.
La situation décrite ci-dessus s'applique aux Pays-Bas. Comme vous pouvez le constater, il y a déjà un certain nombre de régions où il y a un problème de capacité disponible sur le réseau électrique.
Il s'agit là d'un aspect important à prendre en compte lorsque l'on choisit entre une pompe à chaleur à air et une pompe à chaleur à gaz. En période critique, comme nous l'avons vu plus haut, une GSHP est plus efficace qu'une ASHP, ce qui réduit la demande de pointe sur le réseau électrique et permet d'augmenter le nombre de connexions. En tant que société, si nous voulons nous orienter vers le chauffage et le refroidissement renouvelables, il est plus avantageux d'opter pour une GSHP que pour une ASHP si l'on tient compte des investissements dans l'infrastructure du réseau.
L'importance de la conception
Tous les avantages mentionnés ci-dessus, du stockage saisonnier de l'énergie thermique à la réduction des coûts d'exploitation d'une pompe à chaleur, dépendent bien sûr d'une source géothermique bien conçue. Il est important d'effectuer la simulation en utilisant les bonnes hypothèses pour la charge du bâtiment (pour plus d'informations sur ce sujet, voir ici), de tenir compte des interférences entre les bâtiments voisins, de modéliser avec précision la résistance thermique du forage et le comportement hydraulique du champ de forage (cf. cet article pour plus d'informations) et, surtout, d'utiliser un logiciel de pointe tel que GHEtool Cloud pour simuler votre champ de forage.
Conclusion
Cet article présente les avantages d'une pompe à chaleur géothermique par rapport à une pompe à chaleur solaire, malgré un coût d'investissement initial parfois plus élevé. Les avantages individuels, tels que la durée de vie plus longue, l'amélioration de l'esthétique, la réduction du bruit et la diminution des coûts d'exploitation, ont été pris en compte au même titre que les avantages sociétaux plus larges, notamment l'atténuation de l'effet d'îlot de chaleur urbain et le soulagement de la congestion du réseau.
Il est important de noter que, pour réaliser pleinement le potentiel d'une GSHP, le champ de forage géothermique doit être conçu avec précision. Des outils logiciels tels que GHEtool sont essentiels pour y parvenir.
Références
- Regardez notre vidéo d'explication sur notre page YouTube en cliquant sur ici.