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Fonctionnement de la PAC géothermique à absorption gaz naturel
Principe de fonctionnement d’une PAC 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 %.
Le rafraîchissement par géocooling
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.
Composition d’une PAC géothermique à absorption gaz
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
Etapes de fonctionnement
- 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).
- L'ammoniac sous forme de vapeur vient céder ses calories à la boucle du bâtiment en se condensant.
- Il se re-vaporise en captant des calories dans le sol ou dans une nappe phréatique.
- 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).
- La solution eau-ammoniac nouvellement formée vient elle aussi céder ses calories à la boucle de l'immeuble
- 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.
Performance en chaud seul
Carte d'identité du produit
|
PAC absorption géothermique GS (sonde) |
PAC absorption géothermique WS (nappe) |
|
---|---|---|---|
Fonction |
Chauffage-rafraîchissement |
Chauffage-rafraîchissement |
|
Rendement |
149% (B0/W50 °C) 125% (B0/W65 °C) |
166% (W10/W50 °C) 143% (W10/W65 °C) |
|
Puissance |
37.6 kW (B0/W50 °C) 31.5 kW (B0/W65 °C) |
41.6 kW (W10/W50 °C) 35.8 kW (W10/W60 °C) |
|
Débit calorifique (gaz) |
25,7 kW |
25.7 kW |
|
Puissance electrique consommee |
470 W |
470 W |
|
Plage de fonctionnement |
Tmax entrée source renouvelable : 45 °C T min sortie source renouvelable : -5 °C |
Air [0°C , 45°C] Tmax entrée source renouvelable : 45°C T min sortie source renouvelable : 3°C |
|
Tmax chauffage |
65 °C |
65°C |
|
Tmax ECS |
70 °C à 50% de P |
70 °C à 50% de P |
|
Delta T de fonctionnement |
10°C |
10°C |
|
Débit d'eau machine (l/h) |
Nominal |
3 170 |
3 570 |
Maximal |
4 000 |
4 000 |
|
Minimal |
|||
700 |
700 |
||
Volume d'eau dans l'appareil |
Côté chaud : 4l Côté froid : 3l |
Côté chaud : 4l Côté froid : 3l |
|
Poids |
300 kg |
300 kg |
|
Quantité |
ammoniac |
7 kg |
7.7 kg |
eau |
10 kg |
10 kg |
Dimensionnement de la PAC géothermique à absorption au gaz naturel
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 :
|
Puissance restituee |
COP machine |
Puissance finale consommee (kW) |
Puissance renouvelable puisée localement (kW) |
Nombre de sondes |
---|---|---|---|---|---|
PAC gaz |
40 |
1.6 |
25 |
15 |
3 |
PAC electrique |
40 |
3.5 |
11.5 |
28.5 |
6 |
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.
Niveau de température lors du couplage avec une chaudière
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.
Mise en œuvre d’une PAC géothermique à absorption gaz
Dimensions d'une PAC géothermique à absorption
Le schéma ci-dessous détaille les dimensions des 2 modèles de PAC géothermique à absorption gaz naturel, GS (par sonde) et WS (par nappe) :
Implantation de la PAC géothermique dans les immeubles de bureau ou les ERP
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 :
Implantation de la PAC géothermique dans les logements collectifs
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 :
Maintenance d'une PAC géothermique à absorption gaz naturel
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 :
Actions annuelles |
---|
Vérification de l’état général de l’unité (visuel, acoustique) |
Vérifier la fonctionnalité du dispositif de contrôle du débit d’eau |
Vérifier/rétablir le débit hydraulique nominal |
Vérifier le pourcentage de CO2 dans les fumée (unité à pleine puissance) |
Vérifier la pression de gaz, statique et dynamique du brûleur |
Vérifier / nettoyer l'évacuation des condensats |
Vérifier / rétablir la pression hydraulique de l'installation |
Vérifier que l’installation régule normalement |
Vérifier que l’unité fonctionne sans courts cycles |
Actions à reproduire tous les 2 ans |
Nettoyer le brûleur / remplacer les joints |
Nettoyer les électrodes d'allumage et de détection de flamme /remplacer les joints |
Actions à reproduire tous les 4 ans |
Remplacer les électrodes d'allumage et d’ionisation |
Remplacer le boîtier de contrôle de flamme Brahma |
Remplacer le condensateur électrique |
Actions à reproduire tous les 6 ans ou toutes les 12 000 heures de fonctionnement |
Remplacer les courroies de la pompe à solution |
Indication tarifaire de la PAC géothermique gaz
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.
Fabricants de la PAC géothermique gaz
- France Air