3 pompes à chaleur eau glycolée/eau

3.1 Source de chaleur au sol

Possibilité d'utilisation

• monovalent

• monoénergétique

• bivalent (alternatif, parallèle)

• régénérative bivalente

3.1.1 Informations de dimensionnement - source de chaleur géothermique

L'échangeur de chaleur géothermique, qui sert de source de chaleur pour la pompe à chaleur eau glycolée/eau, doit être conçu pour la puissance frigorifique de la pompe à chaleur. Celle-ci peut être calculée à partir de la puissance de chauffage moins la puissance électrique absorbée de la pompe à chaleur au point de conception.

La règle de base pour la source de chaleur est que la puissance Q transférée à l'évaporateur de la pompe à chaleur₀ doit rendre disponible en permanence. Ce qui suit s'applique :

Sortie évaporateur Q₀ (kW_e) = Puissance calorifique Q_C. (kW_e) - consommation électrique du compresseur P_el (kW_el)

Lors du remplacement d'une ancienne pompe à chaleur par un modèle plus récent, les performances de l'échangeur de chaleur géothermique doivent donc être vérifiées et, si nécessaire, adaptées à la nouvelle puissance frigorifique. Ici, les températures minimales de l'eau glycolée et les durées de fonctionnement des périodes de chauffage précédentes fournissent des informations importantes sur la source de chaleur.

• Les températures de la saumure sont bien inférieures à 0 ° C sur une plus longue période de temps.
  => La source de chaleur peut ne pas être en mesure de garantir la capacité d'extraction plus élevée d'une pompe à chaleur plus efficace. L'installation d'un deuxième générateur de chaleur, par exemple un élément chauffant, est recommandée

• La pompe à chaleur n'a que quelques heures d'utilisation annuelle complète
  => La pompe à chaleur semble surdimensionnée. Le remplacer par une pompe à chaleur avec une puissance calorifique inférieure entraîne des durées de fonctionnement plus longues, des taux d'extraction de pointe plus faibles et donc un fonctionnement plus efficace. 

Le transport de chaleur dans le sol s'effectue presque exclusivement par conduction thermique, la conductivité thermique augmentant avec l'augmentation de la teneur en eau. Tout comme la conductivité thermique, la capacité de stockage de chaleur est largement déterminée par la teneur en eau du sol. Le givrage de l'eau contenue entraîne une augmentation significative de la quantité d'énergie pouvant être récupérée, puisque la chaleur latente de l'eau est très élevée à environ 0,09 kWh/kg. Pour une utilisation optimale du sol, le givrage autour des serpentins posés dans le sol n'est donc pas pénalisant.

Dimensionnement de la pompe de circulation d'eau glycolée
Le débit volumique d'eau glycolée dépend des performances de la pompe à chaleur et est véhiculé par la pompe de circulation d'eau glycolée. La pompe de circulation doit être dimensionnée de telle sorte qu'un débit massique correspondant à la puissance de l'évaporateur soit véhiculé. En fonction de la puissance, le débit massique doit être sélectionné si grand qu'une température répartie dans l'évaporateur de 2 à 3 Kelvin soit réglée à la température de source de chaleur la plus basse. À des températures de saumure plus élevées (par exemple, fonctionnement en été / eau chaude), des écarts plus importants peuvent se produire.

Le débit d'eau glycolée indiqué dans les informations sur l'appareil de la pompe à chaleur correspond à un écart de température de la source de chaleur d'environ 3 K. En plus du débit volumique, des pertes de charge dans le circuit d'eau glycolée et des caractéristiques techniques du fabricant de la pompe doit être pris en compte. Ce faisant, les pertes de charge dans les canalisations, les éléments internes et les échangeurs de chaleur connectés en série doivent être ajoutées.

Consignes d'entretien
Afin de garantir un fonctionnement sûr de la pompe à chaleur, celle-ci doit être entretenue à intervalles réguliers. Les travaux suivants peuvent également être effectués sans formation particulière :

• Nettoyage du filtre à impuretés du circuit d'eau glycolée de la pompe à chaleur

3.1.2 Séchage du bâtiment

Lors de la construction de maisons, de grandes quantités d'eau sont généralement utilisées pour le mortier, le plâtre, le plâtre et le papier peint, qui ne s'évapore que lentement de la structure. De plus, la pluie peut également augmenter l'humidité dans le bâtiment. En raison du taux d'humidité élevé dans l'ensemble du bâtiment, les besoins en chauffage de la maison augmentent au cours des deux premières saisons de chauffage.

Le bâtiment doit être séché avec des dispositifs spéciaux sur site. Si la puissance calorifique de la pompe à chaleur est limitée et que le bâtiment s'assèche en automne ou en hiver, il est conseillé d'installer un élément chauffant électrique supplémentaire, en particulier avec les pompes à chaleur eau glycolée/eau, pour compenser l'augmentation de la demande de chaleur. Celui-ci ne doit être activé que pendant la première période de chauffage en fonction de la température de départ de la saumure (env. 0 °C).

3.1.3 Saumure liquide

Concentration de saumure

Afin d'éviter que le gel n'endommage l'évaporateur de la pompe à chaleur, un agent antigel doit être ajouté à l'eau côté source de chaleur. Dans le cas des serpentins souterrains, une protection contre le gel de -14 °C à -18 °C est requise en raison des températures présentes dans le circuit de refroidissement. Un antigel à base de monoéthylène glycol est utilisé. La concentration de saumure lors de la pose dans le sol est de 25 à un maximum de 30 % en volume.

Un mélange d'eau et d'un agent antigel est utilisé comme fluide caloporteur afin d'obtenir un point de congélation plus bas. L'éthanediol (éthylène glycol) est utilisé comme antigel dans la plupart des usines en Allemagne, en Autriche et en Suisse.

L'utilisation de monoéthylène glycol pur est donc recommandée si l'on peut garantir qu'il n'y a pas d'apport permanent d'oxygène pendant le fonctionnement en raison d'un circuit d'eau glycolée fermé (par exemple AFN 824, AFN 825).

Tableau 3.1 : Antigels approuvés recommandés par Dimplex

Les agents antigel suivants ne sont pas approuvés en raison d'un manque d'expérience à long terme :

• "Thermera", qui est fabriqué à base de bétaïne et n'est pas sans controverse d'un point de vue environnemental.

• "Tyfo spécial sans inhibiteurs de protection contre la corrosion", car cet antigel attaque les métaux non ferreux tels que le cuivre.

• "Tyfo spécial avec inhibiteurs de protection contre la corrosion", car il n'est pas officiellement approuvé par nos fournisseurs et est si agressif qu'il entraîne une corrosion sur le revêtement en tôle en cas de fuite.

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Fig. 3.1 : Courbe de congélation des mélanges monoéthylène glycol / eau en fonction de la concentration

Protection contre la pression
Si seule la chaleur est extraite du sol, des températures de saumure comprises entre environ 5 °C et environ +20 °C peuvent se produire. En raison de ces fluctuations de température, il y a un changement de volume d'environ 0,8 à 1 % du volume du système. Afin de maintenir la pression de service constante, un vase d'expansion avec une pré-pression de 0,5 bar et une pression de service maximale de 3 bar doit être utilisé.

Remplissage de la plante
Le système doit être rempli dans l'ordre suivant :

• Mélanger la concentration d'eau antigel requise dans un récipient externe

• Vérifiez la concentration d'antigel / eau préalablement mélangée avec un testeur d'antigel pour l'éthylène glycol

• Remplissage du circuit d'eau glycolée (max. 2,5 bar)

• Purger le système (installer un séparateur à microbulles)

Perte de pression relative
La perte de charge dans le circuit d'eau glycolée dépend de la température et du rapport de mélange. Lorsque la température baisse et que la proportion de monoéthylène glycol augmente, la perte de charge dans la saumure augmente.

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Fig. 3.2 : Perte de charge relative des mélanges monoéthylène glycol/eau par rapport à l'eau en fonction de la concentration à 0°C et -5°C

Tableau 3.2 : Volume total et quantité de protection antigel par tuyau de 100 m pour les tuyaux PE et protection antigel jusqu'à -14 °C

3.1.4 Matériaux dans le circuit d'eau glycolée

Matériel pour capteurs géothermiques
Les tuyaux en PE 100 / PE-X peuvent être utilisés dans des sols sans pierre. Pour les sols caillouteux, les tuyaux réticulés en polyéthylène (par exemple PE 100-RC / PE-X) avec un diamètre extérieur de 32 mm sont recommandés en raison de leur résistance aux chocs en entaille plus élevée. PE-RT peut être utilisé pour des applications dans lesquelles des températures plus élevées dans le circuit d'eau glycolée sont à prévoir (par exemple, clôtures énergétiques ou utilisation de la chaleur perdue). Ceux-ci peuvent être utilisés pour des températures de fonctionnement allant jusqu'à 70 ° C.

Autres matériaux
Lors de l'utilisation d'autres matériaux tels que le cuivre, le laiton ou l'acier inoxydable dans le circuit d'eau glycolée, la résistance à la corrosion des matériaux doit être vérifiée. La corrosion peut également se produire en raison de la condensation sur les tuyaux non ou insuffisamment isolés dans le circuit d'eau glycolée.

3.1.5 Raccordement en parallèle des pompes à chaleur eau glycolée / eau

Lors du raccordement en parallèle de pompes à chaleur eau glycolée/eau, il faut veiller à ce qu'il n'y ait pas de débit incorrect dans le circuit eau glycolée des pompes à chaleur individuelles. Si une seule pompe à chaleur fonctionne, il peut y avoir un écoulement externe à travers l'échangeur de chaleur de la deuxième pompe à chaleur s'il n'y a pas de clapet anti-retour dans le circuit d'eau glycolée. Pour éviter cela, un clapet anti-retour doit être installé dans le départ après chaque pompe du circuit d'eau glycolée.

Fig. 3.3 : Raccordement en parallèle des pompes à chaleur eau glycolée / eau

Un débit incorrect similaire peut également se produire lors de l'utilisation d'une station de refroidissement passive (PKS). Un clapet anti-retour / clapet anti-retour doit également être installé sur site après chaque pompe de circulation de saumure.

3.2 Capteur géothermique

Les capteurs géothermiques extraient l'énergie stockée de façon saisonnière du sous-sol sous la surface libre de la terre. En particulier, le changement de phase liquide/solide de l'eau dans le sol est utilisé comme accumulateur de chaleur latente en hiver. La capacité d'extraction maximale et le travail d'extraction annuel sont limités par la capacité de stockage, les propriétés caloporteuses et la régénération thermique du sous-sol ainsi que la géométrie des capteurs et le mode de fonctionnement du système. En ce qui concerne le sol, la teneur en eau est un facteur d'influence majeur.

Le couplage à la surface de la terre est décisif pour les performances des capteurs géothermiques, car ils sont affectés par l'apport de chaleur de l'air extérieur, le rayonnement solaire et les précipitations pendant les mois les plus chauds
être régénéré. Les directives de conception et les limites d'application suivantes ne s'appliquent donc qu'aux capteurs de chaleur géothermiques qui ne sont ni couverts ni scellés et qui sont recouverts par le sol naturel. L'apport de chaleur de l'intérieur de la terre est inférieur à 0,1 W / m² et donc négligeable.

Les critères les plus importants pour une décision de système et la planification préliminaire sont résumés ci-dessous :

• Dans des cas individuels, les capteurs géothermiques sont soumis à une notification ou à l'approbation de l'autorité inférieure des eaux.

• Il est interdit de construire sur le capteur géothermique. La surface du terrain au-dessus d'un système de capteurs ne doit pas être scellée, car cela nuit à la régénération.

• Une végétation profondément enracinée sur un collecteur est à éviter. Dans le pire des cas, le délai de végétation sur un collecteur est d'environ deux semaines.

• Les dégagements minimaux et les dimensions standard suivants sont recommandés :
  - entre collecteur et bâtiments : 1,2 m
  - Lignes menant entre le collecteur et l'eau : 1,5 m
  - entre le collecteur et la limite de propriété : 1 m
  - Profondeur d'installation du collecteur : voir section ci-dessous
  - Distance d'installation des tuyaux collecteurs : voir section ci-dessous

3.2.1 Profondeur de pose

Dans les régions froides, les températures du sol à une profondeur de 1 m peuvent atteindre le point de congélation même sans utiliser de chaleur. À une profondeur de 2 m, la température minimale est d'environ 5 ° C. Cette température augmente avec la profondeur, mais le flux de chaleur provenant de la surface de la terre diminue. Une décongélation du glaçage au printemps n'est pas garantie s'il est déposé trop profondément. Par conséquent, la profondeur de pose doit être d'environ 0,2 à 0,3 m en dessous de la limite de gel maximale. Dans la plupart des régions d'Allemagne, elle est de 1,0 à 1,5 m.

3.2.2 Distance de montage

Lors de la détermination de la distance de pose d_une Il faut tenir compte du fait que les rayons de glace qui se forment autour des serpents terrestres ont fondu après une période de gel à un point tel que l'eau de pluie peut s'infiltrer et qu'aucun engorgement ne se produit. Les distances de pose recommandées sont comprises entre 0,5 et 0,8 m, selon le type de sol et la région climatique.Dans les régions à sols sablonneux, une distance de pose de 0,3 à 0,4 m peut également être nécessaire.

• Plus la durée maximale de la période de gel est longue, plus la distance de pose et la surface requise sont grandes.

• En cas de mauvaise conduction thermique du sol (par exemple du sable), la distance d'installation doit être réduite pour la même zone d'installation et donc la longueur totale du tuyau doit être augmentée.

3.2.3 Surface du capteur et longueur du tuyau

La surface requise pour un collecteur au sol posé horizontalement dépend des facteurs suivants :

• Puissance frigorifique de la pompe à chaleur

• Type de sol et teneur en humidité du sol et de la région climatique

• Durée maximale de la période de gel

• Heures complètes annuelles d'utilisation

3.2.4 Déplacement du collecteur et du distributeur de saumure

Les distributeurs de saumure relient facilement et en toute sécurité des sondes géothermiques ou des capteurs géothermiques à une pompe à chaleur. Un mélange eau-glycol est généralement utilisé comme fluide caloporteur pour le transfert d'énergie géothermique. Dans un circuit fermé, la saumure s'écoule du collecteur ou des tuyaux de sonde via le collecteur à saumure vers la pompe à chaleur et via le distributeur de saumure vers la source de chaleur.

Selon le nombre de circuits d'eau glycolée à parcourir, le collecteur ou le distributeur d'eau glycolée doit être installé (voir Figures 3.4 et 3.5). Pour fermer complètement les circuits individuels des capteurs ou des sondes (par exemple en cas de fuites), le collecteur et le distributeur sont tous deux équipés de vannes à boisseau sphérique. Les tuyaux PE des collecteurs ou des sondes peuvent être montés directement sur les robinets à tournant sphérique avec les raccords à compression prémontés.

Fig. 3.4 : Montage de distributeurs de saumure jusqu'à un maximum de 8 circuits

Fig.3.5 : Montage du distributeur de saumure pour un maximum de 16 (2 x 8) circuits

Différents points doivent être respectés lors de l'installation des distributeurs de saumure :

• Montez fermement le distributeur de saumure sur une gaine ou un mur de bâtiment (par exemple à l'aide d'un support mural).

• Les tuyaux collecteurs ou sondes doivent être insérés dans le collecteur par le bas dans un coude sans tension afin de compenser la dilatation linéaire en été ou en hiver (fissures de tension).

• Idéalement, l'arc est réalisé à l'aide d'une douille à souder.

• A l'extérieur du bâtiment, les distributeurs de saumure doivent être installés dans des puits accessibles - protégés des eaux de pluie.

• Lors de l'installation du puits, il est recommandé de recouvrir ou de soutenir les tuyaux collecteurs ou sondes dans le sol avec une couche de sable d'environ 20 cm d'épaisseur. Si un coude est soudé pour compenser l'expansion linéaire, il doit être au-dessus du niveau du sol.

Fig. 3.6 : Installation des canalisations sur le distributeur de saumure

Fig. 3.7 : Installation des canalisations avec angles de soudage sur le distributeur de saumure

• Si les distributeurs de saumure sont installés à l'intérieur d'un bâtiment, ils doivent être isolés ainsi que toutes les canalisations dans la maison et à travers le mur de la maison de manière à être étanches à la diffusion de vapeur afin d'éviter la condensation.

• Pour chaque circuit collecteur, la longueur du tuyau collecteur ne doit pas dépasser 100 m, avec des tuyaux sondes DN 32 une profondeur maximale de 80 m ne doit pas être dépassée - tenir compte de la perte de charge.

• Serrez à la main tous les raccords vissés sur le collecteur et le distributeur de saumure. Serrez ensuite avec un couple de serrage de 60 à 70 Nm maximum. Ne pas endommager les écrous-raccords lors du serrage.

• Enduire l'écrou-raccord entre le distributeur de saumure ou le collecteur de saumure et le robinet à tournant sphérique (raccord à compression) avec une pâte graisseuse pour empêcher la pénétration d'humidité.

3.2.5 Installation du circuit d'eau glycolée

• Les différents circuits d'eau glycolée doivent être équilibrés hydrauliquement entre eux. Idéalement, des serpentins de tubes collecteurs de même longueur et de mêmes propriétés matérielles sont posés (principe de Tichelmann). Les vannes de régulation de débit (par ex. taco setter) dans les différents circuits d'eau glycolée entraînent une perte de pression supplémentaire et donc une consommation électrique plus élevée de la pompe de circulation dans le circuit de source de chaleur.

• Chaque circuit d'eau glycolée doit être équipé d'au moins une vanne d'arrêt.

• Les cercles de saumure doivent tous être de la même longueur afin d'assurer un débit et une capacité d'extraction uniformes des cercles de saumure.

• Les capteurs géothermiques doivent être installés quelques mois avant la saison de chauffage si possible afin que le sol puisse se tasser.

• Les rayons de courbure minimaux des tuyaux selon les spécifications du fabricant doivent être respectés.

• Le dispositif de remplissage et d'aération doit être installé au point le plus haut du chantier.

• Lors de la pose des conduites d'eau glycolée et du circuit intermédiaire, il faut s'assurer qu'aucune poche d'air ne se forme.

• Tous les tuyaux de saumure (départ et retour) dans la maison et à travers le mur de la maison doivent être isolés de manière à être étanches à la diffusion de vapeur afin d'éviter les pertes de chaleur et de froid et d'éviter la condensation.

• Tous les tuyaux transportant de la saumure doivent être en matériau résistant à la corrosion.

• Les distributeurs de saumure et les collecteurs de retour doivent être installés à l'extérieur de la maison.

• Lors de l'installation de la pompe de circulation d'eau glycolée du système de source de chaleur, les plages de température de la pompe dans les instructions d'installation doivent être respectées. La position de la tête de pompe doit être réglée de manière à ce qu'aucun condensat ne puisse s'écouler dans le boîtier de raccordement. S'il est installé dans un bâtiment, il doit être isolé de manière à être étanche à la diffusion de vapeur afin d'éviter la condensation et la formation de glace. De plus, des mesures d'insonorisation peuvent être nécessaires.

• La distance de pose entre les tuyaux transportant de la saumure et les conduites d'eau, les canaux et les bâtiments doit être d'au moins 1,2 à 1,5 m afin d'éviter les dommages dus au gel. Si cette distance d'installation ne peut pas être respectée pour des raisons structurelles, les tuyaux doivent être suffisamment isolés dans cette zone.

• Les capteurs géothermiques ne doivent pas être superposés et la surface ne doit pas être scellée.

• Le grand ventilateur avec séparateur de micro-bulles doit être situé au point le plus élevé du circuit d'eau glycolée. Les accessoires de saumure peuvent être installés aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur du bâtiment.

Fig. 3.8 : Circuit pompe à chaleur côté source de chaleur

Fig. 3.9 : Structure de la conduite d'alimentation du circuit d'eau glycolée, y compris les raccords

3.2.6 Dimensionnement standard des capteurs géothermiques

Le tableau de dimensionnement ci-dessous est basé sur les hypothèses suivantes :

• Tuyau PE (cercles de saumure) : tuyau DIN 8074 32 x 2,9 mm - PE 100 (PN 12.5)

• Tuyau d'alimentation en PE entre la pompe à chaleur et le circuit d'eau glycolée selon DIN 8074 :

• Pression nominale PN 12,5 (12,5 bar)

• capacité d'extraction spécifique du sol environ 25 W / m² à une distance de pose de 0,8 m

• Concentration de saumure au minimum 25 % à maximum 30 % d'antigel (à base de glycol)

• Vase d'expansion sous pression : 0,5 - 0,7 bar de pré-pression

Une augmentation du nombre de circuits d'eau glycolée et un raccourcissement des longueurs de conduite ne sont pas critiques en ce qui concerne la perte de charge si tous les autres paramètres restent inchangés. En cas de divergence des conditions-cadres (par ex. capacité d'extraction spécifique, concentration de saumure), un nouveau dimensionnement de la longueur totale de tuyauterie admissible pour le départ et le retour entre la pompe à chaleur et le distributeur de saumure est nécessaire.

Les quantités d'antigel requises dans le Tab.3.2 se réfèrent aux épaisseurs de paroi spécifiées. Avec des parois plus minces, la quantité d'eau et de protection contre le gel doit être augmentée et ajustée de manière à atteindre la concentration minimale de saumure de 25 % en volume.

* Pompe faisant partie du "Pack d'accessoires de saumure SZB"

Tab.3.4 : Tableau de dimensionnement des pompes à chaleur eau glycolée/eau pour une capacité d'extraction spécifique au sol de 20 W/m² Collecteur géothermique. (Hypothèses : concentration de saumure 25 % en volume d'antigel, longueur de brin de 100 m des circuits de saumure individuels, tuyaux en PE 100 (PN12.5), 32 x 2,9 mm selon DIN 8074 et 8075.

Remarques:

• Longueur du collecteur 100 m ; DN 32 x 2,9

• Débit volumique par capteur : 0,6 m³/H

• Facteur de mélange eau - glycol : 1,5

• Collecteur de perte de charge : 0,52 mWS (eau)

• Collecteur de perte de charge : 0,78 mWS (glycol)

• Puissance d'extraction au sol : 20 W/m2²

3.3 Sondes géothermiques

Le type de sonde le plus courant, la sonde double U, se compose de boucles de tuyaux en forme de U regroupées par paires. Les sondes en U simples constituées d'une seule boucle de tuyau et les sondes coaxiales constituées d'un tuyau intérieur et extérieur sont plus rares.

Dans un système de sonde géothermique, un système d'échangeur de chaleur est installé dans des forages profonds principalement de 20 m à 100 m dans le sol. Les plastiques PE 100, PE 100-RC et PE-X (PE : polyéthylène) sont utilisés presque exclusivement comme matériau de tuyauterie.

Les critères les plus importants pour une décision de système et la planification préliminaire sont résumés ci-dessous :

• Les sondes géothermiques jusqu'à une profondeur de forage de 100 m sont soumises à l'approbation de l'autorité des eaux inférieures, les profondeurs de forage supérieures à 100 m sont soumises à l'approbation de l'autorité minière.

• La construction sur la sonde n'est autorisée que pour un fonctionnement hors gel.

• Largeur d'accès requise pour la plate-forme de forage : au moins 1,5 m pour les chenilles ou 2,5 m pour les camions

• Surface de travail requise pour l'appareil de forage, la cuve de rinçage, etc. : au moins 6 m × 5 m pour les chenilles, au moins 8 m × 5 m pour les camions

Cependant, le dimensionnement exact dépend des conditions géologiques et hydrogéologiques, qui ne sont généralement pas connues de l'installateur. L'exécution doit donc être confiée à une entreprise de forage certifiée par l'association internationale des pompes à chaleur ou agréée selon DVGW W120. En Allemagne, les feuilles VDI-4640 1 et 2 doivent être prises en compte. Les forages d'une profondeur de 100 m sont soumis à la loi minière BBergG et doivent être préalablement approuvés par l'autorité compétente.

Températures terrestres
La température de la terre est de 10 °C toute l'année à une profondeur d'environ 15 m.

Fig. 3.10 : Représentation du profil de température à différentes profondeurs de la terre et en fonction d'une valeur saisonnière de la température moyenne à la surface de la terre

3.3.1 Conception des sondes géothermiques

Les sondes géothermiques sont généralement conçues par les bureaux de planification pour l'énergie géothermique. Une détermination approximative des sondes géothermiques, même dans la petite plage de puissance, n'est pas autorisée. Ceci est nécessaire car le taux d'extraction dépend de la nature du sol et des couches aquifères. Ces facteurs ne peuvent être clarifiés sur place que par une entreprise d'exécution.

La simulation informatique à long terme des profils de charge permet de reconnaître et de prendre en compte les effets à long terme dans la planification du projet. Par exemple, l'utilisation de la sonde en été pour le refroidissement passif a un effet positif sur la régénération.

3.3.2 Création de l'alésage de la sonde

La distance entre les sondes individuelles doit être d'au moins 6 m afin qu'il y ait peu d'influence mutuelle et que la régénération en été soit assurée. Si plusieurs sondes sont nécessaires, elles ne doivent pas être disposées parallèlement, mais transversalement à la direction de l'écoulement des eaux souterraines.

Les distances minimales supplémentaires suivantes sont recommandées :

• entre sonde et bâtiments : 2 m (la statique ne doit pas être altérée).

• entre la sonde et les canalisations transportant l'eau : 2 m à 3 m (régulation différente localement)

• entre les tuyaux de raccordement et les tuyaux transportant l'eau : 1,5 m

• Les distances à la propriété voisine varient d'un pays à l'autre (recommandation VDI 4640 Partie 2, distance entre les sondes géothermiques 6 m, distance à la sonde du voisin 10 m, des exceptions sont possibles en coordination avec les voisins).

Fig. 3.11 : Disposition et distance minimale des sondes en fonction du sens d'écoulement de la nappe phréatique

La figure 3.12 montre une coupe transversale d'une double sonde en U, telle qu'elle est habituellement utilisée pour les pompes à chaleur. Avec ce type de sonde, un trou de rayon r₁ créé. Quatre tubes sondes et un tube de remblayage y sont insérés et le forage est remblayé avec un mélange ciment-bentonite. Le fluide de la sonde descend dans deux tubes de sonde et remonte dans les deux autres. Les tubes sont connectés à une base de sonde à l'extrémité inférieure, de sorte qu'un circuit de sonde fermé est créé.

Fig. 3.12 : Section de sonde d'une sonde double U avec tube de remplissage

3.3.3 Remplissage des sondes géothermiques

Comme pour les collecteurs au sol, les sondes au sol sont généralement remplies d'une solution de glycol à 25 à 30 % en volume. Cela signifie que des températures d'entrée d'eau glycolée de -5°C peuvent être facilement atteintes dans la pompe à chaleur. La pompe à chaleur est protégée du gel en raison de la teneur en glycol.
Dans certains cas, cependant, il peut également être nécessaire de faire fonctionner la sonde géothermique avec de l'eau pure sans protection contre le gel. Dans ce cas, la température d'entrée de la saumure ne doit pas descendre en dessous de 0 ° C, sinon l'eau dans la conduite de saumure peut geler et l'endommager. Pour cette raison, différents points doivent être observés lors de l'utilisation des sondes géothermiques avec de l'eau :

• Au lieu d'une pompe à chaleur eau glycolée/eau, une pompe à chaleur eau/eau est utilisée

• Dans ce cas, la température minimale de sortie de la saumure ne doit pas être inférieure à 4°C

• Les performances de transmission de la sonde sont réduites en raison des températures plus élevées. Le nombre de sondes nécessaires double à peu près par rapport à une sonde de sol avec eau-glycol.

• La pré-pression du vase d'expansion à eau glycolée doit être réduite de 2,5 bar à 0,5 - 0,7 bar.

3.4 Accessoires pour la source de chaleur au sol

3.4.1 Instructions d'installation pour le raccordement du circuit de source de chaleur

Des températures inférieures à - 15°C sont parfois présentes sur les canalisations d'eau glycolée lorsque la pompe à chaleur est en fonctionnement. Pour cette raison, les deux tuyaux de saumure à l'intérieur du bâtiment doivent être isolés de manière à être étanches à la diffusion, car sinon de la condensation se produirait.

Les traversées murales dans le bâtiment doivent être isolées avec de la mousse ou des traversées de tuyaux résistantes au froid. Toutes les pénétrations de tuyaux à travers les murs et les plafonds doivent être conçues avec une isolation contre le bruit solidien.

Les vibrations provoquées par le compresseur pendant le fonctionnement de la pompe à chaleur (mouvement oscillant) sont largement compensées par le découplage interne des vibrations. Dans le cas de conditions d'installation défavorables, des vibrations résiduelles peuvent encore se produire, qui peuvent alors être transmises sous forme de bruit solidien via les canalisations. Dans ce cas, les colliers muraux pour la fixation de la tuyauterie d'eau glycolée ne doivent pas être placés trop près de la pompe à chaleur lors de l'installation afin d'éviter un raccordement trop rigide. Les colliers de serrage à froid empêchent également les dommages structurels dus à la condensation. Dans les cas particulièrement difficiles, la pose de joints de dilatation peut aider, qui sont installés au plus près de la pompe à chaleur.

3.4.2 Emballages de saumure et accessoires

Les ensembles d'accessoires à saumure suivants, y compris une pompe de circulation, sont disponibles pour utiliser la source de chaleur à saumure.

Tab.3.5 : Packs d'accessoires de saumure pour différentes pompes à chaleur

* Compris dans la livraison de la pompe à chaleur

3.4.3 Affectations des pompes pour les pompes à chaleur eau glycolée/eau à 2 compresseurs

Tab.3.6 : Tableau récapitulatif des pompes à chaleur eau glycolée / eau à 2 compresseurs avec circuit générateur et pompes de circulation d'eau glycolée pour B7 / W35 pour les systèmes standard (compris dans la livraison de la pompe à chaleur)

3.4.4 Packs d'accessoires eau glycolée pour pompes à chaleur eau glycolée / eau à 2 compresseurs PP 65-80F

Tab.3.7 : Tableau récapitulatif des packs d'accessoires eau glycolée pour pompes à chaleur eau glycolée / eau à 2 compresseurs

Carence et fuite de saumure
Afin de détecter un éventuel manque de fluide ou une fuite dans le circuit de la saumure ou pour répondre aux exigences officielles, la « saumure pressostats basse pression », disponible comme accessoire, peut être installé dans le circuit de la saumure. Serrures de la pompe à chaleur.

1. Section de tuyau avec filetage intérieur et extérieur

2. Pressostat avec clapet et joint de clapet

Fig.3.13 : Saumure pressostat basse pression (structure et interconnexion)

La pré-pression du vase d'expansion à eau glycolée doit être réduite de 2,5 bar à 0,5 - 0,7 bar.

La section de tuyau représentée sur le croquis doit être installée entre la vanne à chapeau et le vase d'expansion dans le circuit d'eau glycolée. Le pressostat doit être connecté à la pièce de raccordement sur la section de tuyau. Grâce à la vanne à capuchon verrouillable, le pressostat basse pression peut être facilement installé ou retiré et son fonctionnement vérifié. Lors du contrôle du fonctionnement du pressostat basse pression, maintenir le robinet de vidange ouvert jusqu'à ce que le pressostat bloque le gestionnaire de pompe à chaleur et donc la pompe à chaleur via un signal numérique en raison de la chute de pression dans le circuit d'eau glycolée. Récupérez la saumure dans un récipient approprié. Si le pressostat basse pression ne bloque pas la pompe à chaleur lors d'une chute de pression visible, le capteur doit être vérifié pour le fonctionnement et, si nécessaire, remplacé. Une fois le contrôle terminé, remplissez à nouveau le circuit d'eau glycolée avec l'eau glycolée récupérée. Vérifiez ensuite l'étanchéité du circuit d'eau glycolée et le fonctionnement de la pompe à chaleur.

3.5 Autres systèmes de sources de chaleur pour l'utilisation de l'énergie géothermique

Comme alternative aux capteurs géothermiques, d'autres types de systèmes de sources de chaleur tels que les paniers géothermiques, les collecteurs à tranchée, les piles d'énergie, les collecteurs à spirale, etc. sont également proposés. Ces systèmes de sources de chaleur doivent être conçus conformément aux spécifications du fabricant ou du fournisseur. Le fabricant doit garantir le fonctionnement à long terme du système conformément aux informations suivantes :

• Température d'eau glycolée minimale admissible

• Puissance frigorifique et débit d'eau glycolée de la pompe à chaleur utilisée

• Heures de fonctionnement des pompes à chaleur par an

De plus, les informations suivantes doivent être fournies :

• Perte de charge au débit de saumure spécifié pour la conception de la pompe de circulation de saumure

• Influences possibles sur la végétation

• Règlement d'installation

L'optimisation possible des performances d'extraction dépend principalement des conditions climatiques et du type de sol et non du type de système de source de chaleur.

3.6 Eau de source de chaleur avec échangeur de chaleur intermédiaire

3.6.1 Puiser l'eau comme source de chaleur en cas de contamination

Pour une utilisation indirecte de la source de chaleur à eau, les pompes à chaleur eau glycolée/eau peuvent être exploitées via un circuit intermédiaire avec un échangeur de chaleur supplémentaire en acier inoxydable. A cet effet, un échangeur de chaleur supplémentaire est installé dans le circuit source de chaleur de la pompe à chaleur et le circuit intermédiaire est rempli de monoéthylène glycol.

L'échangeur de chaleur externe en acier inoxydable permet d'utiliser la source de chaleur de la nappe phréatique même dans les zones à forte pollution de l'eau. Dans les zones où la température de l'eau toute l'année est inférieure à 13 ° C, aucune analyse de l'eau pour la corrosion n'est nécessaire.

Différentes solutions packagées sont disponibles, comprenant une pompe à chaleur, un échangeur de chaleur, des accessoires d'eau glycolée adaptés et un thermostat de sécurité comme protection antigel pour la pompe à chaleur. Dans ce cas, la puissance calorifique des pompes à chaleur est spécifiée différemment au point de fonctionnement B7 / W35. Cela correspond à une température d'entrée de la saumure de 7°C avec une température d'eau supposée de 10°C et un gradient ou étalé sur l'échangeur de 3 K.

Tab.3.8 : Packs pompe à chaleur avec échangeur thermique intermédiaire

Fig.3.14 : Pompe à chaleur avec échangeur de chaleur intermédiaire

Le contrôleur de débit dans le circuit primaire (FS) empêche la mise en marche de la pompe à chaleur s'il n'y a pas de débit volumique de la pompe de refroidissement ou de la pompe à eau souterraine.

Dans le cas des pompes à chaleur eau glycolée/eau, le circuit échangeur intermédiaire doit être rempli d'antigel (au moins -14°C).

Le circuit d'eau glycolée doit être conçu de la même manière qu'avec des capteurs au sol conventionnels ou des sondes géothermiques avec une pompe de circulation et des équipements de sécurité. La pompe de circulation doit être dimensionnée de manière à ce qu'elle ne gèle pas dans l'échangeur thermique intermédiaire.

Lors de l'utilisation d'une pompe à chaleur eau glycolée/eau, des températures inférieures à 0°C peuvent apparaître dans le circuit secondaire. Pour protéger l'échangeur thermique intermédiaire, il doit être protégé par un thermostat antigel supplémentaire (T). Celui-ci doit être installé à la sortie d'eau du circuit primaire afin d'éviter de manière fiable le gel de l'échangeur de chaleur. Lorsque le thermostat est éteint, la pompe à chaleur est bloquée via l'entrée numérique ID3 du gestionnaire de pompe à chaleur. Le thermostat doit également être transmis en tant que message d'erreur à tout système de gestion de bâtiment existant afin d'empêcher le cycle de la pompe à chaleur. Le point de coupure du thermostat (par exemple 4 °C) dépend de la configuration du système sur site, des tolérances de mesure et de l'hystérésis.

Les températures de départ maximales admissibles côté source de chaleur d'une pompe à chaleur eau glycolée/eau sont de 25 °C. Pour éviter que la pompe à chaleur ne s'arrête en raison de températures d'entrée d'eau glycolée excessives, différentes options sont décrites dans le chapitre suivant.

3.6.2 Extension de la plage de température

Si la température de la source de chaleur fluctue, l'utilisation d'une pompe à chaleur eau glycolée / eau est recommandée, car des températures de sortie d'eau glycolée minimales de -9 ° C sont ici possibles. En comparaison, les pompes à chaleur eau/eau s'éteignent à une température de sortie d'eau minimum de 4°C. La température maximale d'entrée d'eau glycolée pour les pompes à chaleur eau glycolée/eau et eau/eau est de 25 °C. Le dépassement ou la chute en dessous des limites d'application peuvent être évités de différentes manières.

Fig.3.15 : Pompe à chaleur avec vanne 3 voies thermostatée dans le circuit eau glycolée M21 (à fournir par le client)

Variante 1 - pompe à chaleur avec vanne 3 voies
Une vanne 3 voies à commande thermostatique est installée dans le circuit d'eau glycolée. Si la température d'entrée de la saumure dépasse 25 °C, un débit volumique partiel du flux de retour de la saumure est ajouté au débit de saumure via le mélangeur. Le mélangeur est contrôlé par une commande externe.

Variante 2 - pompe à chaleur avec stockage tampon dans le circuit d'eau glycolée
La variante 2 prévoit l'utilisation d'un ballon tampon dans le circuit d'eau glycolée (voir Fig. 3.16 à la p. 22). Le ballon tampon est chargé au moyen d'un système de contrôle externe via la pompe P1. A partir d'une température minimale de 3°C dans le ballon tampon, la pompe s'active et la charge. La pompe P1 s'arrête à partir d'une température de 24 °C max. La pompe à chaleur (pompe de circulation primaire M11) dans le circuit d'eau glycolée est commandée par le gestionnaire de pompe à chaleur. Si une température inférieure de 3 °C ou une température de 25 °C est atteinte sur la sonde de température (R6), le gestionnaire de pompe à chaleur arrête la pompe à chaleur. Le circuit d'eau glycolée doit être rempli de glycol à au moins 25 % en volume.

Fig.3.16 : Pompe à chaleur avec ballon tampon dans le circuit d'eau glycolée

3.7 Systèmes d'absorbeurs de chaleur (utilisation indirecte de l'air ou de l'énergie solaire)

Disponibilité
Restrictions dues aux influences météorologiques et zones limitées possibles.

Possibilité d'utilisation

• bivalent

• monovalent en combinaison avec un capteur géothermique supplémentaire

Effort de développement

• Système d'absorption (toiture énergétique, registre de tuyauterie, absorbeur massif, clôture énergétique, tour énergétique, pile énergétique, etc.)

• Saumure à base d'éthylène glycol ou de propylène glycol en concentration hors gel

• Système de tuyauterie et pompe de circulation

• Les travaux de construction

Portez une attention particulière à :

• exigences structurelles

• Influences météorologiques

Dimensionnement des systèmes d'absorbeurs
En ce qui concerne le dimensionnement des absorbeurs de toit, des colonnes énergétiques ou des clôtures, les constructions individuelles diffèrent considérablement, de sorte que les informations garanties par le fabricant doivent être utilisées pour la conception.
Cependant, comme le montre la pratique, les données suivantes peuvent être utilisées comme base :

• La conception de la surface de l'absorbeur doit en principe être basée sur les performances nocturnes spécifiées de l'absorbeur.

• À des températures de l'air supérieures à 0 ° C, la pluie, la condensation ou la neige peuvent geler sur la surface de l'absorbeur à des températures de saumure basses, ce qui affecte négativement le flux de chaleur.

• Le fonctionnement monovalent n'est possible qu'en combinaison avec l'utilisation de l'énergie géothermique.

• Avec les gains d'énergie solaire pendant la période de transition, des températures d'eau glycolée de 50 ° C et plus se produisent, qui dépassent la plage d'application de la pompe à chaleur.

Concentration de saumure
Dans le cas d'absorbeurs de toit, de clôtures énergétiques, etc., une protection contre le gel de -25°C est requise en raison des basses températures extérieures. La concentration de saumure dans ce système est de 40 %. Avec une concentration de saumure croissante, des pertes de charge accrues doivent être prises en compte lors de la conception de la pompe de circulation de saumure.

Remplissage du système :
Le système est rempli comme décrit dans le chapitre « Saumure liquide ».

Conception du vase d'expansion :
Lorsque l'absorbeur est utilisé exclusivement, les températures de l'eau glycolée fluctuent entre environ –15 °C et environ +50 °C. En raison de ces fluctuations de température, un vase d'expansion est nécessaire dans le système de source de chaleur. La forme est à adapter à la hauteur du système. La surpression maximale est de 2,5 bars.

Absorbeur à air

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