PAC absorption géothermique

La pompe à chaleur (PAC) géothermique à absorption gaz fonctionne selon le principe de récupération d'énergie gratuite présente dans le sol ou dans une nappe phréatique. La chaleur récupérée est alors fournie à l'intérieur du bâtiment à chauffer. La pompe à chaleur gaz est une pompe à chaleur qui fonctionne sur le principe de l'absorption. Elle affiche des rendements saisonniers de l’ordre de 150 %.

La PAC géothermique à absorption gaz permet un rafraîchissement par géocooling. Il consiste à profiter au maximum de l’énergie présente dans le sol sans pour autant démarrer la PAC en été. Il s’agit donc d’un moyen économique, écologique et efficace pour rafraîchir des espaces donc le besoin en climatisation est limité.

La PAC géothermique à absorption gaz est composée d'un « circuit noir » contenant une solution eau-ammoniac (7 kg d'ammoniac pour 10 kg d'eau environ). Ce « circuit noir » est scellé en usine afin de rendre impossible son ouverture. Seul le fabricant est habilité à intervenir sur le « circuit noir ». Aucune action de maintenance n’est à prévoir sur cette partie de la machine.

La PAC géothermique à absorption gaz est aussi composée d'un bouilleur fonctionnant avec un brûleur gaz et un absorbeur, d'un évaporateur et d'un condenseur. Sur le principe, elle est similaire à une PAC électrique classique sauf au niveau du compresseur mécanique qui est remplacé par un compresseur thermochimique (mélange eau-ammoniac).

Les propriétés thermochimiques de ce mélange permettent de dépasser les 100 % de rendement en  valorisant trois sources de chaleur :

• La condensation du fluide frigorigène (ammoniac)
• La réaction exothermique d’absorption entre l’ammoniac et l’eau
• La récupération sur les produits de combustion

1. Dans un premier temps, le brûleur gaz chauffe le mélange eau-ammoniac ce qui va avoir pour effet de séparer les deux éléments (eau et ammoniac).
2. L'ammoniac sous forme de vapeur vient céder ses calories à la boucle du bâtiment en se condensant.
3. Il se re-vaporise en captant des calories dans le sol ou dans une nappe phréatique.
4. Les deux éléments se retrouvent dans l'absorbeur où l'eau liquide absorbe les vapeurs d'ammoniac. Cette réaction d'absorption est exothermique (dégage de la chaleur).
5. La solution eau-ammoniac nouvellement formée vient elle aussi céder ses calories à la boucle de l'immeuble
6. Elle retourne enfin dans le générateur pour que le cycle recommence.

Les modules actuellement disponibles permettent de fournir jusqu’à environ 40 kW de puissance de chauffage. La PAC géothermique à absorption gaz peut produire de l’eau chaude sanitaire jusqu’à 70°C.

La PAC géothermique à absorption gaz se dimensionne généralement à 100 % du besoin. Il est également possible de la dimensionner en base + appoint. Dans ce cas, le dimensionnement de l’installation doit permettre à la PAC de couvrir la base des besoins, l’appoint étant assuré par une chaudière à condensation, afin d’atteindre un optimum technico-économique.

Pour obtenir la même performance en énergie primaire, la quantité d’énergie à puiser dans le sol est moindre avec une PAC gaz qu’avec une PAC électrique. En conséquence, le nombre de sondes verticales nécessaires est bien inférieur en solution gaz qu’en solution électrique (ou un débit de nappe nécessaire réduit dans le cas d’une installation avec une machine WS), comme l’illustre l’exemple suivant : 

Une sonde représentant un coût d’environ 7 000 € HT, l’installation d’une PAC gaz permet dès lors de faire des économies majeures par rapport à une PAC électrique.

La température maximum de génération d’une PAC en chauffage seul est de 65°C. Toutes les machines (GS et WS) fonctionnent avec des boucles d'eau où la différence de température entre le départ et le retour chauffage est de 10°C.

Les températures maxi de retour chauffage sont de 55°C.

Lorsque la chaudière vient en appoint de la PAC en chauffage, il faut qu'elle soit au même régime d'eau. Dans le cas contraire, la température de retour augmente, ce qui entraîne l’arrêt automatique de la PAC par mesure de sécurité afin d’assurer la stabilité du mélange eau-ammoniac.

Suite à un arrêt dû à une température de retour trop haute, la PAC redémarre automatiquement sans intervention humaine.

Le schéma ci-dessous détaille les dimensions des 2 modèles de PAC géothermique à absorption gaz naturel, GS (par sonde) et WS (par nappe) :

Contrairement à une PAC aérothermique, une PAC géothermique peut être installée à l’intérieur d’un bâtiment (lorsqu’il s’agît d’un ERP ou de bureaux). Si c’est le cas, il convient de les placer dans une salle des machines distincte de la chaufferie. 

Pour en savoir plus : 

En logements collectifs, l’implantation d’une PAC géothermique à absorption gaz est possible à l’intérieur comme à l’extérieur.

Les règles d’implantation à l’extérieur sont très contraignantes, puisque la PAC géothermique doit y être installée :

• Dans une zone non accessible au public.
• Dans une zone rendue inaccessible au public par une clôture distante de 4 m sur les 4 côtés de la machine.
• En respectant une distance d’au moins 5 m entre le contour supérieur de la ou des machine(s) et tout orifice de ventilation ou tout ouvrant.

Du fait de ces distances, la PAC s’installe habituellement à l’intérieur, dans un local de production d’énergie. Ce local peut également contenir la chaudière d’appoint contrairement aux immeubles de bureaux ou aux ERP. Le schéma suivant indique les localisations possibles d’un tel local : 

Pour en savoir plus : 

La maintenance d’une PAC absorption géothermique est simple et n’implique que quelques opérations supplémentaires par rapport à une chaudière à condensation.

Retrouvez ci-dessous la liste des actions de maintenance ainsi que leur fréquence :

Le prix installateur d’un module de 40 kW est généralement compris entre 13 et 15 k€ net auxquels il faut rajouter environ 7000 € HT par sonde.

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